建筑环境测量技术3-5.ppt

建筑环境测量技术Date1§3-5、非接触测温• 应用范围：测量运动物体和极高温度的物体 • 分类：一类是光学辐射式高温计，包括单色光 学高温计、光电高温计、全辐射高温计，比色 高温计等；另一类是红外辐射仪，包括全红外 辐射仪、单红外辐射仪、比色仪等 • 特点：感温元件不与被测介质接触，因而不破 坏被测对象的温度场，也不受被测介质的腐蚀 等影响动态特性好，可测量处于运动状态的 对象温度和变化着的温度 Date2一、热辐射测温的基本原理 • 绝对黑体（又称全辐射体）的单色辐射强度 E0λ随波长的变化规律由普朗克定律确定： 式中：c1——普朗克第一辐射常数， c1=37413 W·μm4／ cm2；c2——普朗克第二辐射常数， c2=14388 μm·K ；λ——辐射波长（μm）；T — 绝对黑体温度（K） Date3维恩公式 ：• 温度低于3000K时，普朗克公式可用维恩公式 代替，误差不超过1％ • 普朗克公式的函数曲线如图3－23所示从曲 线可知，当温度增高时，单色辐射强度随之增 长，曲线的峰值随温度升高向波长较短方向移 动 Date4图3-23 辐射强度与波长和温度的关系曲线 Date5单色辐射强度峰值处的λm和温度T之间的 关系由维恩位移定律给出： Date6波长λ从0～∞的全部辐射能量的总和E0 • 绝对黑体全辐射定律：式中：σ0——斯蒂芬一玻耳兹曼常数，等于 5.67×10-12 W／（cm2·K4）。

绝对黑体的全辐射能量和其热力学温度的 四次方成正比 Date7灰体：• 如果物体的辐射光谱是连续的，而且它的单色辐射强 度Eλ＝f（λ）和同温度下的绝对黑体的相应曲线相似 ，即在所有波长下都有： Eλ／E０λ＝ε（ε为小于1的常数） 灰体的全部辐射能：物体的特征系数： E／EO＝ε 一般工程物体的ε值随波长变化不太显著，可近 似地看作灰体，如锅炉各类受热面、炉膛火焰和含灰 的高温烟气等均可视为灰体 Date8单色辐射能与全辐射能比较 • E０λ与E０随温度变化的曲线如图所示虚线表示当 λ=0.65μm时E０λ随温度变化的曲线，实线表示E０随 温度变化的曲线当温度升高时，单色辐射强度要比全 辐射能量的增长快得多因此，单色辐射光学高温计比 全辐射高温计灵敏度高、测量准确度高 Date9二、单色辐射高温计 • 当物体温度高于700℃时，会明显地发出可见 光，具有一定的亮度物体在波长λ的亮度Bλ 和它的辐射强度Eλ成正比，即 c——比例常数 • 根据维恩公式，绝对黑体在波长λ的亮度B0λ 与温度TS的关系为 ：• 实际物体在波长λ的亮度 Bλ与温度T的关系为• 由上式可知，由于ελ的不同，即使它们的亮 度Bλ 相同，物体的温度也有差别。

Date10单色辐射光学高温计的刻度标定• 单色辐射光学高温计的刻度按绝对黑体 （ελ＝1）的温度进行刻度 • 测量实际物体（ελ≠1）的温度时，所得到的 温度示值叫做被测物体的“亮度温度” • 实际温度T和亮度温度TS之间的修正关系为 ：• 特点： 已知波长λ同时知道物体在该波长下的黑度系 数ελ，才能计算出实际温度 TDate111、光学高温计 • 灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的单色辐射 光学高温计，测量时，灯丝隐灭它在所有的 辐射式温度计中，准确度最高 • 根据被测物体光谱辐射亮度随温度升高而增加 的原理，采用亮度比较法来实现对物体的测温 的 Date12国产WGG2-323型光学高温计的结构原理1－目镜；2－吸收玻璃；3－高温计灯泡；4－目镜；5－红色滤光片；6－显示仪表；7－滑线电阻；K－开关；E－干电池 Date13亮度平衡时灯丝顶端的轮廓隐灭于被测对象的影像中 （a）灯丝太暗；（b）灯丝太亮；（c）隐丝（正确） Date142、光电高温计 • 特点：在光学高温计的基础上发展起来的，可 以自动平衡亮度、自动连续记录被测温度示值 的测温仪表用光电器件作为仪表的敏感元件 ， Date153、使用单色辐射高温计的注意事项 （1）非黑体辐射的影响 人为地创造黑体辐射的条件，即把一根有 封底的细长管插到被测对象中，在充分受热后 ，管底的辐射就近乎黑体辐射。

1：10 （2）中间介质的影响 光学高温计和被测物体之间的灰尘、烟雾 和二氧化碳等气体，对热辐射会有吸收作用， 因而造成测量误差距离在1～2m之内 （3）对被测对象的限定 不宜测量反射光很强的物体；不能测不发 光的透明火焰不能测物体内部点的温度 Date16三、全辐射高温计 1．构造和原理 根据全辐射定律制作的温度计 当知道黑体的全辐射能量E0后，就可以知 道温度T 全辐射能量E等于温度为TP的绝对黑体全辐 射能量E0时，温度TP叫做被测物体的辐射温度 按定义 E＝εσＴ4，E0＝σOＴP4 ， 当E＝E0时，有 需已知εDate17全辐射高温计的示意图1－物镜；2－光栏；3－玻璃泡；4－热电堆；5－灰色滤 光片；6－目镜；7－铂箔；8－云母片；9－显示仪表Date182、使用全辐射高温计的注意事项 （1）全辐射体的发射率ε随物体的成分、表 面状态、温度和辐射条件的不同而不同 （2）被测物体与高温计之间的距离L和被测物 体的直径D之比（L／D）有一定的限制3）使用时环境温度不宜太高，否则会引起 热电堆参比端温度升高而增加测量误差 Date19四、比色高温计 • 光学高温计和全辐射高温计共同的缺点是受实 际物体发射率的影响和辐射途径上各种介质的 选择性吸收辐射能的影响。

• 根据维恩位移定律可知，当温度增加时，绝对 黑体的最大单色辐射强度向波长减小的方向移 动，使在波长λ1和λ2下的亮度比随温度而变 化，测量亮度比的变化即可知道相应的温度， 这便是比色高温计的测温原理 Date20绝对黑体，由维恩定律可知，相应于λ1和λ2的 亮度分别为 ：• λ1和λ2是预先规定的值，只要知道在此两波 长下的亮度比，就可求出被测黑体的温度TS Date21比色温度计 计算温度公式• 若温度为T的实际物体的两个波长下的亮度比 值与温度为TS的黑体在同样而波长下的亮度比 值相等，则把TS叫做实际物体的比色温度 • 如已知λ1、λ2、ελ1/ελ2和TS就可以计算出 温度T值 Date22比色高温计的工作原理图 1一物镜；2一通孔成像镜；3一调制盘；4一同步电动机 ；5一光电检测器；6一目镜；7一倒像镜；8一反射镜Date23习题与思考：1、什么是温标？简述ITS-90温标的三要素 2、常用的温标有那几种？他们之间的相互关系？ 3、试述温度测量仪表的种类？各用在什么场合？ 4、膨胀式温度计有哪几种？各有何优缺点？ 5、热电偶温度计的测温原理？由哪几部分组成？各部分 的作用？ 6、热电偶测温为什么要进行冷端补偿？有哪几种方法？ 7、热电阻温度计的测温原理？常用热电阻的种类？R0各 为多少？ 8、辐射测温的基本方法有哪些？辐射测温仪表由哪些基 本环节组成？ 9、辐射式温度计可分为几大类？各自的基本原理？ 10、为什么辐射式温度计全用黑体刻度？测量时怎样修 正？ 11、一体化温度计的特点？与测量仪表的连接？Date24。