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1、测试与与检测技技术基基础(8(8辐射射测温温)-934501674.)-934501674.三.高速气流温度测量速度误差分析1.气流总温与静温气流总温与静温静温是气体分子无规热运动平均动能的反映，记为T0动温是气体分子有规定向运动动能的反映，记为总温静静温温测测量量：传感器静止于高速气流中，必有相对速度，传感器测得的不是静温。总温测量：总温测量：T*Tr（有效温度传感器指示值）。恢复系数：表示气流被传感器滞止恢复为内能的能力速度误差四、四、壁面温度测量壁面温度测量 壁面温度测量二种方式：接触式热电偶热电阻适合保温情况非接触式辐射温度计适合裸露表面接触式壁面温度测量解决的主要问题：由于接触，破坏
2、了被测壁面温度场，产生测量误差。当tsta,trts 测量温度（热接点温度tr）低于壁面实际温度ts 热电偶焊接测温实验室常用热电偶焊接测温实验室常用影响壁面温度测量精度的因素1)与热电偶同被测壁面接触方式有关 基本接触方式：点接触、分立接触、等温线接触基本接触方式：点接触、分立接触、等温线接触。导热分析：导热分析：三种情况除接触方式不同外，其余条件同。三种情况除接触方式不同外，其余条件同。但但接接触触点点处处温温度度不不同同：点点接接触触，tr下下降降最最大大；分分立立接接触触，热热量量由由二二点点处处导导出出，每每一一接接点点因因导导出出热热量量小小而而使使tr下下降降较较点点接接触触为为
3、小小；等等温温线线接接触触，接接触触点点处处导导出出热热量量极极小小，tr下降甚微。下降甚微。由导热分析可知，以等温线接触方式误差最小。由导热分析可知，以等温线接触方式误差最小。2)与壁面材料导热性能有关与壁面材料导热性能有关导出热量q由接点周围壁面汇集于接点。若热电偶材料、壁面温度ts、环境温度ta一定时，导出热量q一定。，显然，（ts-tr）,即导热误差减小。3)与热电偶材料导热性能、几何尺寸有关与热电偶材料导热性能、几何尺寸有关热电偶材料，导出热量q，（ts-tr）；热电偶d,l,则 q，（ts-tr）。4)与与接接点点周周围围传传热热有有关关，保保温温可可以以大大大大降降低低壁壁面面温
4、温度度测测量误差量误差。2-1-3非接触式温度测量非接触式温度测量接触式测温的局限性：a).测温范围受限，不超过2800b).破坏温度场，测得的温度为温度场被破坏后的温度（如壁面温度测量）。c).难以测量运动体温度，尤其转动体非接触式温度测量可克服以上缺点，且具有响应快、灵敏度高的特点。但：结构复杂、精度在可比的范围内不及接触式温度测量测量结果与发射率有关测量结果与发射率有关一一.光学高温计光学高温计1.工作原理工作原理利用发热物体单色辐射强度随温度变化，通过亮度比较实现温度测量。无无线线电电波波红红外外线线可可见见光光紫紫外外线线伦伦琴琴射射线线 射射线线热射线热射线电磁波谱电磁波谱波长波长
5、 m约为约为 0.4-600 m25000024610850001500035000200001000030000140012001000800600/m1.155106E,0/Wm-2普朗克定律图示d25000024610850001500035000200001000030000140012001000800600/m1.155106E,0/Wm-2普朗克定律图示d普郎克公式对绝对黑体：温度3000K以下，可用维恩公式代替，误差在0.3K以内：对于非黑体需用黑度系数修正亮度与温度关系（实际物体）波长下，亮度B和它的E成正比。光学高温计中，亮度与温度关系为：已已知知辐辐射射率率(黑黑度度)，
6、测测量量特特定定波波长长辐辐射射亮亮度度，可可以以得得到到被被测物体的温度。亮度测量通过亮度平衡法实现测物体的温度。亮度测量通过亮度平衡法实现。2.亮度温度亮度温度光学高温计以绝对黑体（1）刻度。只有当1，被测物体温度才真正等于示值温度。称示值温度为被测物体“亮度温度”。定义：在在波波长长为为 的的单单色色辐辐射射中中，若若物物体体在在温温度度T时时的的亮亮度度B 和和绝绝对对黑黑体体在在温温度度Ts时时的的亮亮度度B0 相相等等，则则把把绝绝对对黑黑体体温温度度Ts称称为为被被测测物物体体在在波波长长 时时的亮度温度。的亮度温度。亮度温度与实际温度关系隐灭式光学高温计隐灭式光学高温计单色：单
7、色：0.620.72 m红色滤光片（红色滤光片（5）吸收玻璃（吸收玻璃（2）1物镜物镜2吸收玻璃（高温）吸收玻璃（高温）3灯丝灯丝4目镜目镜5红色滤光片红色滤光片6温度指示（电流）温度指示（电流）7灯丝亮度调节灯丝亮度调节光学高温计实物光学高温计实物二.全辐射高温计1.工作原理由全辐射强度与温度关系，通过测全辐射能量温度全辐射定律（斯蒂芬波尔茨曼积分）全辐射能量测量用光电池、热电堆辐射温度被被测测物物体体的的“辐辐射射温温度度”（示示值值温温度度，类类似似亮亮度度温温度度的的概概念念），以以T Tp p表表示示。辐辐射射温温度度与与被被测测物物体体真真实实温温度度关系为：关系为：2.影响测温精
8、度的因素非黑体辐射的影响变化，产生误差。中间介质影响辐射介质、烟气（空气）、距离系数（LD）影响LD有一定限制。太大，在热电堆平面上成像太小，接收辐射能少，示值偏低；太小时，物像大，参比端温度上升，示值下降。环境温度影响 太高，热电堆参比端温度增高，增加测量误差。三、比色高温计1.工作原理通过单色辐射强度（或亮度）比值与温度关系，通过测比值温度整理得其中：测E1/E2之值，可求T单色辐射强度值检测单色辐射强度值检测比色温度类似亮度温度的概念有比色温度。实际是温度实际是温度计的示值温度，称计的示值温度，称“比比色温度色温度”，以，以TC表示。表示。比色温度与被测物体真实温度关系为：2.特点抵抗单
9、色黑度系数变化对测量结果的影响：变化相对于1、2，的变化要小，尤其选择适当的1、2。中间介质影响相对较小。被测目标无须充满视场被测目标无须充满视场采用光探测器，响应快、可远传、可记录。复杂、价格贵。2-1-3红外在温度场测量中的应用红外在温度场测量中的应用一.红外测温原理与单色、比色高温计相同，只是采用波段不同近近红红外外：1；中中红红外外：35 m；远远红红外外：814 m；二、热象仪与红外成像阵列（红外CCD?）工作原理简述：利用红外成像（扫描）原理，测量物体表面温度分布。摄取被测物体的红外辐射通量的分布，利用红外探测器，转换成物体各部分发射出的红外辐射成正比的序列电信号，综合、处理，得物
10、体发射红外辐射通量的分布图象，称为热图或温度图。制制冷冷非非制制冷冷远远红红外外：714 m常温（低温）辐射与辐射率常温（低温）辐射与辐射率维恩位移定理mT2897mK几种物体的发射率几种物体的发射率材料温度/oC发射率人皮肤土壤(干)水岩石(石英岩)(大理石)铝铜铁钢油膜(厚0.0508mm)(厚0.0254mm)沙混凝土322020202010010040100202020200.98-0.990.920.960.630.940.050.030.210.070.460.270.900.92常温物体的辐射波长决定了所需的辐射探测系统波长为远红外常温物体的辐射波长决定了所需的辐射探测系统波长为
11、远红外成像成像(镜头镜头)与探测与探测(传感器传感器)成像红外镜头（红外透过）金属锗镜头（714m）探测红外成像阵列低温工作的红外焦平面阵列低温工作的红外焦平面阵列光子型HgCdTe(碲镉汞)InSb(锑化铟)PtSi非本征Si灵敏度高(0.1C)响应快(ms或s)非致冷红外焦平面阵列非致冷红外焦平面阵列热电型热电阻氧化钒(VOx)非晶硅(-Si)钛(Ti)热释电钛酸锶钡(BST)简单价廉灵敏度稍低像素（辐射传感器）像素（辐射传感器）红外热像仪图红外热像仪图典型：典型：320240像素像素一个像素一个像素-单个传感器单个传感器灰度灰度-温度温度（人工彩图温度指示）（人工彩图温度指示）红外热像仪
12、指标DetectorType:MonolithicResistiveBolometerAmorphousSiliconThermaltimeconstant:4msecTypicalResolution:320 x240PixelPitch:45msquareSpectralresponse:8to14m(withgermaniumlens)辐射温度计或热像仪的标定温度源人工黑体（发射率1）特定的物体标准温度计标准热电偶标准热电阻原理发射率0.991温度已知（接触测温精度高）建立温度灰度关系（特定物体发射率未知，但可以由黑体测量）1 1 热电阻静态校验和测量稳态温度实验热电阻静态校验和测量稳态温度实验加热指加热指示灯示灯此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢