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1、 第三节第三节 热电阻测温热电阻测温 工工业业上上广广泛泛应应用用电电阻阻温温度度计计来来测测量量200200 500 500 之间的温度。之间的温度。特特点点:准准确确度度高高；在在中中低低温温下下（500500以以下下）测测温温,它它的的输输出出信信号号比比热热电电偶偶的的要要大大得得多多,故故灵灵敏敏度度高高；电电阻阻温温度度计计的的输输出出是是电电信信号号，因因此此便便于于信信号号的的远远传传和和实实现现多多点点切切换换测量。测量。组组成成:由由热热电电阻阻、显显示示仪仪表表和和连连接接导导线线组组成成，热热电电阻阻由由电电阻体、绝缘套管和保护套管等主要部件组成。阻体、绝缘套管和保护套
2、管等主要部件组成。一、测温原理一、测温原理 根据材料不同，测温热电阻可分为金属和半导体根据材料不同，测温热电阻可分为金属和半导体热电阻两种。热电阻两种。实验证明，大多数金属导体当温度升高实验证明，大多数金属导体当温度升高11时，时，其阻值要增加其阻值要增加0.40.40.60.6，半导体的阻值要减小，半导体的阻值要减小3 36 6。正是由于导体和半导体的电阻值会随温度而变化，因。正是由于导体和半导体的电阻值会随温度而变化，因此测量它们的电阻值变化便可达到测温的目的。此测量它们的电阻值变化便可达到测温的目的。并不是任何材料都选用来制作热电阻。对制作热并不是任何材料都选用来制作热电阻。对制作热电阻
3、的材料有很多要求电阻的材料有很多要求,其中有一点是选用的材料的电阻其中有一点是选用的材料的电阻温度系数要大。温度系数要大。电电阻阻温温度度系系数数的的定定义义是是：温温度度变变化化ll时时电电阻阻值值的的相相对对变变化化量量，用用来来表表示示，单单位位是是-1-1，根根据据定定义义，用用下式表示：下式表示：一一般般材材料料的的温温度度系系数数并并非非常常数数，在在不不同同的的温温度度下下具具有有不不同同的的数数值值。因因此此常常用用（R R100100R R0 0）（R R0 0100100）代代表表0 0100100之之间间的的平平均均温温度度系系数数，其其中中R R100100表表示示10
4、0100时的电阻值，时的电阻值，R R0 0表示表示00时的电阻值。时的电阻值。为为什什么么要要求求制制作作热热电电阻阻的的材材料料的的电电阻阻温温度度系系数要大？数要大？二、标准化热电阻二、标准化热电阻 1 1、铂电阻铂电阻 特点：特点：稳定性好、准确度高、性能可靠，在还原性气氛稳定性好、准确度高、性能可靠，在还原性气氛中，特别是在高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变中，特别是在高温下很容易被还原性气体污染，铂丝将变脆，并改变了电阻与温度间的关系；脆，并改变了电阻与温度间的关系；纯度要求：纯度要求：铂的纯度常以铂的纯度常以R R100100/R/R0 0来表示。对于工业用铂来表示。对于工业
5、用铂电阻，规定其电阻，规定其R R100100/R/R0 0为为1.3851.385；分度号：分度号：Pt10Pt10和和Pt 100Pt 100；（注意（注意1010和和100100的含义）的含义）分度关系：分度关系：铂电阻的温度特性可用下列二式表示：铂电阻的温度特性可用下列二式表示：在一在一20020000之间之间 R Rt t=R=R0 0 1+At+Bt1+At+Bt2 2+Ct+Ct3 3(t-100)(t-100)在在 0 0 850850之间之间 R Rt t=R=R0 0(1+At+Bt(1+At+Bt2 2)以上两式中以上两式中 R Rt ttt时的电阻值；时的电阻值；R R
6、0 000时的电阻值；时的电阻值；A A，B B，CC常数，对于工业用铂电阻，常数，对于工业用铂电阻，A A 3.90802103.9080210-3-3-1-1，B B 5.802105.80210-7-7-2-2,C=C=4.27350104.2735010-12-12-4-4 2 2、铜电阻、铜电阻 特特点点：铜铜电电阻阻的的电电阻阻值值与与温温度度的的关关系系几几乎乎是是线线性性的的，它它的的电电阻阻温温度度系系数数也也比比较较大大，而而且且材材料料容容易易提提纯纯，价价格格比比较较便便宜宜，所所以以在在一一些些测测量量准准确确度度要要求求不不是是很很高高、而而且且温温度度较较低低的的
7、场场合合，可可使使用用铜铜电电阻阻，它它的的测测量量范范围围是是一一5050 150150。铜铜电电阻阻的的缺缺点点是是：在在250250以以上上容容易易氧氧化化，因因此此只只能能用用在在低低温温及及没没有有腐腐蚀蚀性性的的介介质质中中；铜铜的的电电阻阻率率比较小，做成一定阻值的热电阻时体积就不可能很小。比较小，做成一定阻值的热电阻时体积就不可能很小。纯度：纯度：我国规定工业用铜电阻的我国规定工业用铜电阻的R R100100/R/R0 01.4281.428。分分度度号号：铜铜电电阻阻的的分分度度号号是是Cu50Cu50和和Cul00Cul00，表表示示其其R R0 0分分别为别为5050及及
8、100100。分度关系：分度关系：铜电阻在其测量范围内的温度特性可用下铜电阻在其测量范围内的温度特性可用下式表示：式表示：R Rt t=R=R0 0(1+At+Bt(1+At+Bt2 2+Ct+Ct3 3)式中式中 R Rt ttt时的电阻值；时的电阻值；R R0 000时的电阻值时的电阻值 A A，B B，CC常数，对于工业用铜电阻，常数，对于工业用铜电阻，A A 4.28899104.2889910-3-3-1-1,B,B 2.133102.13310-7-7-2-2，C C1.233101.23310-9-9-3-3。由于铜电阻的特性在由于铜电阻的特性在 0 0100 100 之间基本上
9、是线性之间基本上是线性的，所以在的，所以在 0 0 100100之间的温度特性可以用下式表示：之间的温度特性可以用下式表示：R Rt t=R=R0 0(1+(1+tt）式中式中 0 0 100100之间的温度系数，等于之间的温度系数，等于 4.28 104.28 10-3 3-1-1。3 3、镍电阻、镍电阻 镍镍电电阻阻的的温温度度系系数数较较大大，因因此此其其灵灵敏敏度度比比铂铂和和铜铜的的高高。当当温温度度超超过过200200时时，具具有有特特异异点点，因因此此规规定定镍镍电电阻阻的的使使用用温温度度范范围围为为一一 6060 180 180。镍镍电电阻阻的的电电阻阻比比R R100100
10、/R/R0 01.6171.617。由由于于镍镍电电阻阻的的制制造造工工艺艺较较复复杂杂，很很难难获获得得相相同同的的镍镍丝丝，因因此此它它的的测测量量准准确确度度比比铂铂电电阻阻低低，制制定定标标准准很很困困难难，我我国国虽虽已已规规定定它它为为标标准准化化热热电电阻阻，但但尚尚未未制制订订出出相相应应的的标标准准分分度度表表。它它的的分度号有分度号有Ni 100Ni 100，Ni 300Ni 300，Ni 500Ni 500。对对Ni 100Ni 100而言，它的温度特性为而言，它的温度特性为 R Rt t=100+At+Bt=100+At+Bt2 2+Ct+Ct4 4 式中：式中：A A
11、，B B，C C为常数，对于为常数，对于R R100100/R/R0 0 1.6181.618的镍电阻，的镍电阻，A A 0.54850.5485-1-1；B B 0.665100.66510-3-3-1-1；C C 2.805102.80510-9-9-4-4 。三、半导体热敏电阻三、半导体热敏电阻测温范围：一测温范围：一100100 300300材料：金属氧化物以一定比例混合材料：金属氧化物以一定比例混合分类：分类：NTCNTC、PTCPTC、CTRCTR结构：珠形、圆片形和棒型结构：珠形、圆片形和棒型NTCNTC的电阻温度特性的电阻温度特性 :R:RT T=AeAeB B/T/T优点（与
12、金属测温电阻相比）优点（与金属测温电阻相比）四、工业用热电阻的结构四、工业用热电阻的结构 由由热热电电阻阻体体、引引出出线线、绝绝缘缘骨骨架架、保保护护套套管管、接接线线盒盒等等部部分分组组成成。其其中中保保护护套套管管和和接接线线盒盒的的外外形形及及其其功能、要求和热电偶基本相同。功能、要求和热电偶基本相同。1 1、绝缘骨架、绝缘骨架 绝绝缘缘骨骨架架是是用用以以缠缠绕绕、支支撑撑和和固固定定热热电电阻阻丝丝的的支支架架。它它的的质质量量影影响热电阻的技术性能。响热电阻的技术性能。2 2热电阻体热电阻体 3 3、引引出出线线 （l l）两两线线制制 （2 2）三线制三线制 （3 3）四线制）
13、四线制 4 4、铠装热电阻、铠装热电阻 铠铠装装热热电电阻阻是是将将热热电电阻阻体体（感感温温元元件件）焊焊到到由由金金属属保保护护套套管管、绝绝缘缘材材料料和和金金属属导导线线三三者者经经拉拉伸伸而而成成的的细细管管导导线线上上形形成成的的，然然后后在在外外面面再再焊焊一一段段短短管管做做保保护护套套管管，在在热热电电阻阻体体与与保保护护套套管管之之间间填填满满绝绝缘缘材材料料，最最后后焊焊上上封封头头，其其结结构构如如图图所所示。示。热电阻的结构 5 5、膜式铂电阻、膜式铂电阻 为为了了提提高高铂铂电电阻阻的的抗抗震震性性和和响响应应速速度度，研研制制出出了了膜式铂电阻。膜式铂电阻。它分厚
14、膜的与薄膜的两种。它分厚膜的与薄膜的两种。厚厚膜膜铂铂电电阻阻是是在在一一陶陶瓷瓷基基片片上上印印制制出出条条状状铂铂膜膜形形成成的的。由由于于铂铂膜膜很很薄薄，又又在在陶陶瓷瓷基基片片表表面面上上，所所以以测测温响应时间很小，约为温响应时间很小，约为0.1s0.1s。薄薄膜膜铂铂电电阻阻则则是是利利用用真真空空镀镀膜膜的的方方法法将将铂铂镀镀在在陶陶瓷瓷基基片片上上形形成成的的，其其形形状状与与厚厚膜膜的的差差不不多多，只只是是尺尺寸寸更小，响应时间更短。更小，响应时间更短。6 6、带热电阻、热电偶的一体化温度变送器、带热电阻、热电偶的一体化温度变送器 采采用用一一个个专专用用集集成成电电路
15、路把把热热电电阻阻或或热热电电偶偶的的输输入入信信号号（电电阻阻或或电电势势）转转变变成成4 420mA20mA的的标标准准输输出出信信号号，其其中中与与热热电电偶偶相相配配用用的集成电路还有冷端温度补偿性能。的集成电路还有冷端温度补偿性能。有有的的专专用用集集成成电电路路还还具具有有线线性性化化功功能能，即即将将标标准准热热电电阻阻的的电电阻阻与与温温度度之之间间的的非非线线性性关关系系转转变变成成变变送送器器输输出出电电流流（4 420mA20mA）与与被被测测温温度度之之间间的的线线性性关关系系，或或使使热热电电偶偶所所感感受受的的温温度度与与变变送送器器输出电流（输出电流（4 420m
16、A20mA）之间呈线性关系。之间呈线性关系。专专用用集集成成电电路路的的体体积积很很小小，因因而而可可装装在在热热电电阻阻或或热热电电偶偶的的接接线线盒盒内内。供供电电电电压压一一般般为为直直流流24 24 V V，多多采采用用二二线线制制，即即供供电电线线也也就就是是输输出出信信号号线线。装装有有显显示示仪仪表表的的一一体体化化温温度度变变送送器器可可以以就就地地显显示温度值。示温度值。这种一体化温度变送器可应用于具大量温度测点的集控系统。这种一体化温度变送器可应用于具大量温度测点的集控系统。五、电阻的测量方法五、电阻的测量方法 对于热电阻阻值的测量对于热电阻阻值的测量,在实验室常用手动电位
17、差在实验室常用手动电位差计和手动平衡电桥计和手动平衡电桥,在工业上常采用不平衡电桥和自动平在工业上常采用不平衡电桥和自动平衡电桥。衡电桥。任何测量电阻的方法，都应注意：任何测量电阻的方法，都应注意：（1 1）通过热电阻的电流不能超过允许值；）通过热电阻的电流不能超过允许值；（2 2）连接导线的阻值要固定；）连接导线的阻值要固定；（3 3）连接导线的接线方式要尽量能消除环境温度的影响）连接导线的接线方式要尽量能消除环境温度的影响（采用三线制和四线制接线方式）（采用三线制和四线制接线方式）下面主要介绍电桥测量法。下面主要介绍电桥测量法。1 1、用手动、用手动平衡电桥测电阻平衡电桥测电阻 原理图原理
18、图 三线制连接图三线制连接图 2 2、用自动平衡电桥测电阻、用自动平衡电桥测电阻 3 3、用不平衡电桥测电阻、用不平衡电桥测电阻配热电阻的动圈表配热电阻的动圈表XCZ-102XCZ-102六、热电阻的校验六、热电阻的校验工业热电阻的校验采用比较法。工业热电阻的校验采用比较法。复水器出口水温（热电阻）复水器出口水温（热电阻）第四节第四节 接触测温方法的讨论接触测温方法的讨论 一、一、管内流体温度的测量管内流体温度的测量 减小误差的方法减小误差的方法（1 1）从热电偶的结构考虑）从热电偶的结构考虑（2 2）从温度计的安装方式考虑）从温度计的安装方式考虑 各种测温管装置方案的测量误差比较各种测温管装
19、置方案的测量误差比较 热套式热电偶热套式热电偶1-1-热套式热电偶；热套式热电偶；2-2-充满介质的热套；充满介质的热套；3-3-保温层；保温层；4-4-安装插座安装插座二、二、壁面温度测量壁面温度测量采用热电偶来测量固体表面温度采用热电偶来测量固体表面温度（a a）点接触）点接触 （2 2）面接触）面接触 （3 3）等温线接触）等温线接触 （4 4）分立接触）分立接触 三、三、高温气体温度测量高温气体温度测量减小误差的方式减小误差的方式（1 1）加防辐射隔离罩；）加防辐射隔离罩；（2 2）减小测温管的总辐射发射率；）减小测温管的总辐射发射率；（3 3）采用双热电偶测温，通过计算消除误差；）采
20、用双热电偶测温，通过计算消除误差；（4 4）采用抽气热电偶。）采用抽气热电偶。第五节第五节 非接触式测温仪表非接触式测温仪表 非非接接触触式式测测温温仪仪表表的的任任何何部部分分都都不不与与被被测测对对象象接接触触，它它通通过过测测量量物物体体的的辐辐射射能能或或与与辐辐射射能能有有关关的的信信号来实现温度测量，因此又称为辐射式测温仪表。号来实现温度测量，因此又称为辐射式测温仪表。特特点点：不不存存在在因因接接触触传传热热而而产产生生的的测测温温传传热热误误差差；理理论论上上讲讲，测测温温上上限限不不受受测测温温传传感感器器材材料料的的限限制制，可可高高达达20002000以以上上；动动态态性
21、性能能好好，反反应应快快等等,可可测测运运动动物物体体的的温温度度。因因低低温温下下物物体体的的辐辐射射能能力力很很弱弱，因因此此辐辐射射式式仪仪表表多多用用来来测测700700以以上上的的高高温温。但但用用红红外外测测量量仪表，也可测低达仪表，也可测低达100100左右的温度。左右的温度。一、辐射测温的基本原理一、辐射测温的基本原理 1.1.准备知识准备知识 辐射辐射 热辐射热辐射 辐辐射射出出射射度度 指指物物体体单单位位表表面面积积在在单单位位时时间间内内所所发发射射的全部波长范围的辐射能量的总和，并以符号的全部波长范围的辐射能量的总和，并以符号M M表示。表示。光光谱谱辐辐射射出出射射
22、度度 物物体体单单位位表表面面积积单单位位时时间间内内在在波波长长处处的的dd波波段段内内所所辐辐射射的的能能量量为为dMdM，则则把把 称称为为物物体体在在波波长长处处的的光光谱谱辐辐射射出出射射度度（又又称称单单色色辐辐射射出出射射度）。度）。黑体、白体、透体、黑度（发射率）黑体、白体、透体、黑度（发射率）温温度度测测量量中中，主主要要涉涉及及的的波波长长范范围围是是可可见见光光与与0.760.7620m20m的红外光区。的红外光区。辐辐射射出出射射度度M M与与光光谱谱辐辐射射出出射射度度M M之之间间存存在在如如下下关系：关系：2.2.热辐射的基本定律热辐射的基本定律(1)(1)普朗克
23、公式定律普朗克公式定律 普普朗朗克克定定律律给给出出了了全全辐辐射射体体的的光光谱谱辐辐射射出出射射度度与与温温度度的的关关系系，这这是是光光学学高高温温计计和和光光电电高高温温计计等等的的理理论基础。论基础。在在温温度度T T3000K3000K和和可可见见光光波波长长（波波长长较较小小）范范围围，该公式可以简化成维恩公式该公式可以简化成维恩公式 对实际物体对实际物体式中式中 MM实际物体的光谱辐射出射度；实际物体的光谱辐射出射度；实实际际物物体体在在波波长长下下的的光光谱谱发发射射率率（光光谱谱黑黑度度）。（2 2）斯忒藩一玻尔兹曼定律）斯忒藩一玻尔兹曼定律 可可见见，全全辐辐射射体体的的
24、辐辐射射出出射射度度M M0 0 是是温温度度的的单单值值函函数数，二者一一对应，这是辐射高温计的理论依据。二者一一对应，这是辐射高温计的理论依据。实际物体的全辐射出射度为实际物体的全辐射出射度为 M MMM0 0TT4 4 式中式中 MM实际物体的全辐射出射度；实际物体的全辐射出射度；实际物体的全辐射发射率（发射率）。实际物体的全辐射发射率（发射率）。实实际际物物体体的的光光谱谱发发射射率率和和发发射射率率均均小小于于1 1，各各种物体的种物体的和和值一般只能通过实测求得。值一般只能通过实测求得。辐射式测温仪表可分为两大类。辐射式测温仪表可分为两大类。一类以某一波长下的光谱辐射（又称单色辐射
25、）理一类以某一波长下的光谱辐射（又称单色辐射）理论为基础，有光学高温计、光电高温计及比色高温计、红论为基础，有光学高温计、光电高温计及比色高温计、红外测温仪等；外测温仪等；另一类以全辐射理论为基础，全辐射高温计及部分辐另一类以全辐射理论为基础，全辐射高温计及部分辐射高温计属于此类射高温计属于此类。二、光学高温计二、光学高温计 1.1.理论依据：理论依据：普朗克定律。普朗克定律。在可见光的波长范围（在可见光的波长范围（0.350.350.75m0.75m）内，内，高温物体的热辐射以光的形式表现出来，辐射的高温物体的热辐射以光的形式表现出来，辐射的强度与光的亮度之间有一定的关系。在某一波长强度与光
26、的亮度之间有一定的关系。在某一波长下的光谱辐射亮度（又称单色亮度）与同一波长下的光谱辐射亮度（又称单色亮度）与同一波长下的光谱辐射出射度成正比。对全辐射体其关系下的光谱辐射出射度成正比。对全辐射体其关系为为 对实际物体有对实际物体有 结结论论：在在可可见见光光波波长长范范围围内内的的某某一一波波长长下下，对对一一个个确确定定的的物物体体（可可近近似似认认为为已已固固定定不不变变），其其光光谱谱辐辐射射亮亮度度（即即单单色色亮亮度度）与与温温度度之之间间存存在在单单值值对对应应关关系系。利利用用这这个个性性质质即即可测温。可测温。但但直直接接测测光光谱谱辐辐射射亮亮度度较较难难实实现现，光光学学
27、高高温温计计采采用用了了的亮度比较的方法。的亮度比较的方法。2.2.结构结构 国国产产WGGZWGGZ型型光光学学高高温温计计是是一一种种使使用用较较广广的的隐隐丝丝式式光光学学高温计。高温计。由光学系统与电气系统两部分组成。由光学系统与电气系统两部分组成。光光学学系系统统包包括括物物镜镜、目目镜镜、灯灯泡泡、红红色色滤滤光光片片、灰灰色色吸吸收玻璃等。收玻璃等。电气系统包括灯泡、电源、调整电阻及测量线路。电气系统包括灯泡、电源、调整电阻及测量线路。l l一物镜；一物镜；22灰色吸收玻璃；灰色吸收玻璃；3 3一灯泡；一灯泡；4 4一目镜；一目镜；5 5一红色滤光片；一红色滤光片；6 6一显示仪
28、表一显示仪表思考：红色滤光片和灰色吸收玻璃的作用是什么？思考：红色滤光片和灰色吸收玻璃的作用是什么？光光学学高高温温计计必必须须在在某某一一定定的的波波长长下下进进行行单单色色亮亮度度比比较较。光光学学高高温温计计采采用用红红色色滤滤光光片片与与人人眼眼构构成成了了“单单色色器器”，使使人人眼眼只只能能观观察察到到波波长长为为0.60.60.7m0.7m范范围围的的红红色色可可见见光光（如如图图阴阴影影部部分分），其其平平均均波波长长约约为为0 0.66m.66m。人人眼与红色滤光片配合的视见光谱范围眼与红色滤光片配合的视见光谱范围 1 1一人眼相对视见函数曲线一人眼相对视见函数曲线；2 2一
29、红色滤光片光谱透过率曲线一红色滤光片光谱透过率曲线 灰色吸收玻璃的作用：灰色吸收玻璃的作用：光光学学高高温温计计采采用用的的是是钨钨丝丝灯灯泡泡，当当温温度度高高达达14001400时时，钨钨丝丝会会发发生生升升华华使使灯灯泡泡的的性性能能改改变变。这这就就限限制制了了光光学学高高温温计的测温上限。计的测温上限。光光学学高高温温计计附附加加了了灰灰色色吸吸收收玻玻璃璃，单单色色光光透透过过这这种种玻玻璃时其吸收作用会使亮度减弱。璃时其吸收作用会使亮度减弱。在在结结构构上上把把灰灰色色玻玻璃璃置置于于物物镜镜与与灯灯丝丝之之间间，这这样样人人眼眼观观察察到到的的是是灯灯丝丝的的亮亮度度和和被被灰
30、灰色色玻玻璃璃削削弱弱了了的的被被测测物物体体的的亮亮度度,在在灯灯丝丝温温度度不不超超过过14001400的的情情况况下下能能测测量量更更高高的的温温度。度。灯丝与物像亮度比灯丝与物像亮度比（a a）灯灯丝丝亮亮度度低低（b b）灯灯丝丝亮亮度度偏偏高高（c c）灯灯丝丝和和物物象象亮亮度度一一致（灯丝隐灭）致（灯丝隐灭）光学高温计的优点：光学高温计的优点：结构简单、测温上限高、结构简单、测温上限高、在辐射式温度计中精确度与灵敏度均最高等优点。在辐射式温度计中精确度与灵敏度均最高等优点。缺点：缺点：亮度比较的判断及调整均要人工进行，亮度比较的判断及调整均要人工进行，不能连续自动进行测量，同时
31、带来人员的主观误差。不能连续自动进行测量，同时带来人员的主观误差。另外，由于人眼只能看到可见光，这限制了被测物另外，由于人眼只能看到可见光，这限制了被测物体的温度不能低于体的温度不能低于700700。3.3.光学高温计的几个有关问题光学高温计的几个有关问题 :(1(1）亮度温度与示值的修正）亮度温度与示值的修正 “亮亮度度温温度度”的的概概念念：如如全全辐辐射射体体的的单单色色亮亮度度与与温温度度为为T T的的实实际际物物体体的的单单色色亮亮度度相相等等，则则全全辐辐射射体体的的温温度度称称为为该该实实际际物物体体的的亮亮度度温温度度，并并以以T Ts s表表示示。根根据据亮亮度度温温度度的的
32、定定义义，可推导物体实际温度可推导物体实际温度T T与其亮度温度的关系：与其亮度温度的关系：由于由于 L L=L=L00即即 经整理可得经整理可得 因为一般物体因为一般物体1 1，所以所以 T TT Ts s 。光光学学高高温温计计的的标标尺尺是是直直接接按按温温度度刻刻度度的的，即即可可直直接接读读出出温温度度值值，而而且且分分度度是是按按全全辐辐射射体体（即即 =1=1）的的条条件件进进行行的的，因因此此仪仪表表显显示示的的温温度度值值实实际际上上是是在在对对应应亮亮度度下下全全辐辐射射体体的的温温度度，也也即即亮亮度度温温度度T Ts s 。在在测测实实际际物物体体温温度度时时，光光学高
33、温计的温度示值必须修正学高温计的温度示值必须修正.（2 2）影响光学高温计测量精确度的因素）影响光学高温计测量精确度的因素 影影响响光光学学高高温温计计测测量量精精确确度度的的因因素素比比较较多多，主主要要有有以以下几个：下几个：1 1）发射率）发射率的影响的影响 2 2）中间介质的影响）中间介质的影响 光学高温计三、光电高温计三、光电高温计 光光电电高高温温计计由由光光学学系系统统与与测测量量、放放大大显显示示两两大大部部分分组组成成。这这里里介介绍绍的的国国产产WDLWDL一一3131型型光光电电高高温温计计，其其原原理理系系统统图图如如图图所示所示。光电高温计具有以下优点。光电高温计具有
34、以下优点。（l l）既既可可在在可可见见光光，又又可可在在红红外外光光波波长长下下工工作作，有有利利于于用用辐射法测低温；辐射法测低温；（2 2）分分辨辨率率高高，光光学学高高温温计计最最高高为为0.50.5，而而光光电电高高温温计计可可达达0.010.010.050.05；（3 3）精精确确度度高高，由由于于采采用用性性能能良良好好的的干干涉涉滤滤光光片片（或或单单色色器器），提提高高了了仪仪表表的的单单色色性性，因因而而不不确确定定度度减减小小。例例如如，20002000时的不确定度可小到土时的不确定度可小到土0.250.25；（4 4）可连续自动测量，响应快。）可连续自动测量，响应快。四
35、、辐射高温计四、辐射高温计 1.1.原理：原理：物体的辐射出射度与其温度的关系为物体的辐射出射度与其温度的关系为 M=TM=T4 4 对对确确定定的的物物体体，可可近近似似认认为为其其发发射射率率为为定定值值，那那么么M M与与T T将将呈呈单单值值对对应应关关系系，测测出出辐辐射射出出射射度度M M与与其其发发射射率率即即可知其温度。辐射高温计能连续自动测温。可知其温度。辐射高温计能连续自动测温。2.2.组组成成：辐辐射射高高温温计计由由辐辐射射传传感感器器和和显显示示仪仪表表组组成成，辐辐射射传传感感器器又又由由光光学学系系统统与与辐辐射射变变换换器器两两部部分分构构成成。前前者者的的作作
36、用用是是接接收收并并聚聚集集辐辐射射能能；后后者者把把辐辐射射能能转转换换成成相相应应的的电电信信号号以以便便由由显显示示部部分分直直接接显显示示温温度度值值。光光学学系系统统有有透透射射式式、反反射射式式和和混混合合式式几几类类。辐辐射射变变换换器器主主要要有有热热电电式式和和光光电式两种。电式两种。辐射高温计的结构示意图（没有接显示仪表）辐射高温计的结构示意图（没有接显示仪表）辐射高温计的结构示意图（没有接显示仪表）辐射高温计的结构示意图（没有接显示仪表）（a a a a）透镜式；（透镜式；（透镜式；（透镜式；（b b b b）反射镜式；（反射镜式；（反射镜式；（反射镜式；（c c c c
37、）透镜式辐射传感器全貌透镜式辐射传感器全貌透镜式辐射传感器全貌透镜式辐射传感器全貌 l l l l一一一一物物物物镜镜镜镜；2 2 2 2一一一一外外外外壳壳壳壳；3 3 3 3一一一一光光光光栏栏栏栏；4 4 4 4一一一一热热热热电电电电堆堆堆堆；5 5 5 5一一一一目目目目镜镜镜镜；6 6 6 6一一一一输输输输出出出出端端端端子子子子；7 7 7 7一一一一保保保保护护护护玻玻玻玻璃璃璃璃；8 8 8 8一一一一反反反反射射射射镜镜镜镜；9 9 9 9一一一一小小小小孔孔孔孔；10101010一一一一云云云云母母母母片片片片；11111111一一一一铜铜铜铜壳壳壳壳；12121212
38、一一一一玻玻玻玻璃璃璃璃泡泡泡泡；13131313一一一一铂铂铂铂黑片黑片黑片黑片3.3.光学高温计的几个有关问题光学高温计的几个有关问题 （1 1）“辐辐射射温温度度”的的概概念念：若若温温度度为为T T的的物物体体的的辐辐射射出出射射度度与与全全辐辐射射体体在在温温度度T T0 0下下的的辐辐射射出出射射度度相相等等，则则把把全全辐辐射射体体的的温温度度T Tp p称称为为该该物物体体的的辐辐射射温温度度。由由此此定定义义可求出被测温度可求出被测温度T T与辐射温度与辐射温度T Tp p之间的关系：之间的关系：因因 TT4 4=T=Tp p4 4有有 仪表的分度是把被测体作为全辐射体来实现
39、的；仪表的分度是把被测体作为全辐射体来实现的；仪表的示值就是被测物体的辐射温度；仪表的示值就是被测物体的辐射温度；依据被测物体的发射率，利用上面的修正公式对示值依据被测物体的发射率，利用上面的修正公式对示值进行修正得到被测物体的实际温度。进行修正得到被测物体的实际温度。（2 2）影响辐射高温计测量精确度的主要因素如下：）影响辐射高温计测量精确度的主要因素如下：1 1）发射率）发射率的影响的影响 2 2）热电堆冷端温度的影响）热电堆冷端温度的影响 3 3）距离系数）距离系数L LD D的影响的影响 补偿光栏结构示意图补偿光栏结构示意图 1-1-光栏；光栏；2-2-双金属片；双金属片；3-3-铂箔
40、铂箔四、比色高温计四、比色高温计1.1.原理原理 根据被测物体在两个不同波长下的光谱辐射出射度的根据被测物体在两个不同波长下的光谱辐射出射度的相互比值与被测温度的关系，通过测二者的比值进而测知相互比值与被测温度的关系，通过测二者的比值进而测知被测温度。被测温度。根据光谱辐射的维恩公式，同一物体在波长分别为根据光谱辐射的维恩公式，同一物体在波长分别为1 1和和2 2下的光谱辐射出射度的比值为下的光谱辐射出射度的比值为式中式中 M M11、M M22分别为在波长分别为在波长1 1和和2 2下的光谱辐射出射度；下的光谱辐射出射度；11 、22物体在波长物体在波长1 1和和2 2时的光谱发射率；时的光
41、谱发射率；TT物体的温度。物体的温度。经整理，可得经整理，可得经整理，可得经整理，可得2.2.2.2.比色温度的概念比色温度的概念比色温度的概念比色温度的概念 温温温温度度度度为为为为T T T T的的的的物物物物体体体体在在在在波波波波长长长长1 1 1 1和和和和2 2 2 2下下下下的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度的的的的比比比比值值值值，与与与与温温温温度度度度为为为为T T T Tc c c c的的的的全全全全辐辐辐辐射射射射体体体体在在在在同同同同样样样样的的的的波波波波长长长长1 1 1 1和和和和2 2 2 2下下下下的的的的光光光光谱谱谱谱辐辐
42、辐辐射射射射出出出出射射射射度度度度的的的的比比比比值值值值如如如如果果果果相相相相等等等等，则则则则把把把把全全全全辐辐辐辐射射射射体体体体的的的的温温温温度度度度称称称称为为为为该该该该物物物物体体体体的的的的比比比比色色色色温温温温度度度度。根根根根据据据据该该该该定定定定义义义义，经经经经过过过过推推推推导导导导可可可可得得得得出出出出物物物物体体体体温度温度温度温度T T T T与它的比色温度与它的比色温度与它的比色温度与它的比色温度T T T Tc c c c的关系为的关系为的关系为的关系为 3.3.结构结构结构结构 以以WDS-WDS-型比色高温计为例，具体介绍比色高温计的型比色
43、高温计为例，具体介绍比色高温计的工作原理。工作原理。WDSWDS型光电比色高温计的光路系统型光电比色高温计的光路系统1 1一一物物镜镜 2 2一一平平行行平平面面玻玻璃璃 3 3一一回回零零通通孔孔硅硅光光电电池池 4 4一一透透镜镜 5 5一一分分光光镜镜 6 6一一红红外外滤滤光光片片7 7一一硅硅光光电电池池E E2 2 8 8一一硅硅光光电电池池E El l 9 9一一可可见见光光滤滤光光片片 1010一一反反射射镜镜 1111一倒像镜一倒像镜 1212一目镜一目镜 4.4.特特点点 它它的的测测量量准准确确度度高高，中中间间介介质质的的影影响响小小，可可在在恶恶劣环境下工作。劣环境下
44、工作。五、红外测温仪五、红外测温仪 红红外外测测温温仪仪是是一一种种测测温温上上限限较较低低的的仪仪表表，可可测测0 0400400范范围围的的温温度度。而而前前面面介介绍绍的的几几种种辐辐射射式式测测温温仪仪表表适适于测于测700700以上的高温。以上的高温。红红外外测测温温仪仪依依据据的的是是光光谱谱辐辐射射原原理理。当当物物体体温温度度较较低低时时，光光谱谱辐辐射射出出射射度度最最高高点点向向波波长长较较长长的的红红外外线线波波长长区区迁迁移移，红红外外测测温温仪仪就就工工作作在在这这个个红红外外线线波波长长区区。它它的的原原理理和和结构与辐射高温计、光电高温计相似。结构与辐射高温计、光
45、电高温计相似。红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部红外测温仪由光学系统、红外探测器、信号处理放大部分及显示仪表等部分组成分及显示仪表等部分组成。1.1.红外辐射及其特性红外辐射及其特性 红外辐射又称红外线，它是一种人眼看不见的光线。红外辐射又称红外线，它是一种人眼看不见的光线。红外辐射是一种电磁波，它的波长范围大致在红外辐射是一种电磁波，它的波长范围大致在0.760.76m m到到10001000m m的频谱范围之内，相对应的频率大致在的频谱范围之内，相对应的频率大致在41041014143103101111HzHz之间。之间。2 2、红外辐射源和红外探测器、红外辐射源和红外探测器
46、（1 1）红外辐射源）红外辐射源 当物体温度高于绝对零度时，就有红外线向周围空当物体温度高于绝对零度时，就有红外线向周围空间辐射出来，有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源。间辐射出来，有红外辐射的物体就可以视为红外辐射源。（2 2）红外探测器）红外探测器 红外探测器是能够把红外辐射能量的变化为电量变化红外探测器是能够把红外辐射能量的变化为电量变化的器件。分为的器件。分为红外热探测器红外热探测器和和红外光子探测器红外光子探测器 。红外热探测器红外热探测器 热电偶型探测器热电偶型探测器 热敏电阻型探测器热敏电阻型探测器 热释电型探测器热释电型探测器 主要优点是响应波段宽，可以在室温下工作，使用方主
47、要优点是响应波段宽，可以在室温下工作，使用方便。但是，它的响应时间长，灵敏度较低，一般用于红外便。但是，它的响应时间长，灵敏度较低，一般用于红外辐射变化缓慢场合。辐射变化缓慢场合。红外光子探测器红外光子探测器 光电导（光电导（PCPC）探测器）探测器 光生伏特（光生伏特（PUPU）探测器）探测器 光磁电探测器（光磁电探测器（PEMPEM器件）器件）主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。主要特点是灵敏度高，响应速度快，响应频率高。但其一般需在低温下工作，探测波段较窄。但其一般需在低温下工作，探测波段较窄。3.3.基本原理基本原理 以被测目标的红外辐射能量与温度成一定函数关系以被测目标的红外
48、辐射能量与温度成一定函数关系而制成的仪器。工作时，首先把物体发射的红外辐射能量而制成的仪器。工作时，首先把物体发射的红外辐射能量搜集起来转换成电信号。然后，对电信号进行放大、处理，搜集起来转换成电信号。然后，对电信号进行放大、处理，并利用物体温度与其辐射功率大小（目前都表现为信号电并利用物体温度与其辐射功率大小（目前都表现为信号电压高低）的一一对应关系，显示出物体温度的测量结果。压高低）的一一对应关系，显示出物体温度的测量结果。4.4.基本结构基本结构 包括光学系统、红外探测器、电信号放大及处理系统、包括光学系统、红外探测器、电信号放大及处理系统、结果显示系统和其他附属部分（包括目标瞄准器、供
49、电电结果显示系统和其他附属部分（包括目标瞄准器、供电电源与整体机械结构）等几个主要功能部分。源与整体机械结构）等几个主要功能部分。红外测温仪工作原理示意图红外测温仪工作原理示意图 5.5.红外测温仪的应用红外测温仪的应用 在电力系统中的应用在电力系统中的应用 在电力系统中主要使用便携式红外测温仪测量高压在电力系统中主要使用便携式红外测温仪测量高压隔离开关接头和触头的温度、高压线夹的温度、设备引隔离开关接头和触头的温度、高压线夹的温度、设备引流接点的温度等。流接点的温度等。在钢铁生产过程中的应用在钢铁生产过程中的应用 在板坯、方坯连铸过程中，可安装比色测温仪或光在板坯、方坯连铸过程中，可安装比色
50、测温仪或光纤比色测温仪测量铸坯表面的温度。钢材进入矫直机前纤比色测温仪测量铸坯表面的温度。钢材进入矫直机前需要加热，但温度不能超过需要加热，但温度不能超过l00 l00，否则会损伤矫直机，否则会损伤矫直机的压延轴。选用两台测温仪，探头装在距钢材的压延轴。选用两台测温仪，探头装在距钢材2m2m高的位高的位置上，测温仪置上，测温仪4 420 20 mAmA信号输入微处理器，测温信号控信号输入微处理器，测温信号控制矫直机流程。制矫直机流程。在交通运输中的应用在交通运输中的应用 在火车和轮船运行过程中，可以用便携式测温仪测量在火车和轮船运行过程中，可以用便携式测温仪测量发动机的温升情况，以便及时发现故