比色温度计的测量原理及特点

发布：2018-12-18 | 点击：人次

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比色高温计的灵敏度高、响应快，可观测小目标，测暈准确度高。用比色高温计测得的温度较光学高温计、全辐射高温计更接近于真实温度。可用于测量铁水、钢水和熔渣等物质的温度0

1.比色高温计的测温原理及特点.

根据维恩位移定律可知，当物体温度发生变化时，其单色辐射功率的zui大值向波长增加或减小的方向移动，使在波长Ai和人2下的亮度比发生变化，测得亮度比的变化便可测得相应的温度

具有相同温度的不同物体在波长A!和；12下的亮度.比不同，所以比色高温计也是用黑体刻度的。

现在引人比色温度的概念。当温度为r的实际物体，在两波长a,和人2下的亮度比与温度为Ts的黑体在上述两波长下的亮度比相等时，则称rs为该物体的比色温度|按此规定，可得71与：Ts之间的关系为式中，?分别是波长和a2下的单色发射率；c2为普朗克第_常数。

比色高温计所指示的就是物体的比色温度，要求得真实温度还必须通过式（2-29)进行修正欢由式（2_29)可知比色高温计有如下特点：

1)比色温度可小于、等于或大于真实温度。_eAi=~2，即被测物体为灰体时，比色温度就等于被测物体的真实温度，这是比色高温计的zui大优点士例如：严重氧化的钢铁表面-般可近似看做灰体，这时仪表的示值即比色温度，可认为近似等于被测物体的真实温度，而不需修正。

2)虽然实际物体的e值和~值变化较大，但同一物体的^^和^夂的比值变化较小。因此，比色温度与真实温度之差要比亮度温度、辐射温度与真实温度之羞小得多，测量准确度高屬

3)光路中的水蒸气、二氧化碳和尘埃等对波长和A2下的单色辐射能都有吸收，尽管吸收样，但对单色辐射功率的比值（亮度比）影响较小為因此比色高温计可在恶劣环境中使用

2.比色高温计的结构

比色高温计按其结构可分为单通道式和双通道式两种。丨下面以wds—n型比色高温计务例，介绍双通道式比色高温计的结构原理。它采用两个光电器件（硅光电池）分别接收两种不同波长的单色辐射功率厂其光路系统如图2_61所示p被测对象的辐射能经物镜4聚焦于通孔反射镜5，由透镜6形成平行光投射到分光镜7上。分光镜使长波（红外）部分透过，而将短波（或可见光）部分反射。长波部分与短波部分分别由带有红外滤光片和可见光滤光片的硅光电池8、9所吸收，并转变为电信号输至测暈电路。通孔反射镜边缘镀络抛光，除开口处外，其他部分均能将人射光反射到反射镜1,再经倒像镜2、目镜3供人眼猫双通道式比色高温计结构简单，使用方便，但两个硅光电池要保持特性|致且不发生时变是比棚細

辐射测温在:i程测温中占有很重要的地位I但如前所述，大部分辐射温度计都不能测得真实温度I如欲求得真实温度，必须通过被测表面发射率进行修正。但发射率很难测准，这就给修正造成了很大困难j而用前置反射器辐射温度计测温时，可基本_消除发射率的影响為只要被测表面的发射率大于0.6(无需知道确切值）就可直接测得真实温度’而不需进行任何修正。

前置反射器辐射温度计的结构如图2_62所示，被测对象6表面与半球反射器5组成密闭空腔，从被测对象表面辐射出的能量经反射器内表面的多次反射后，经过透镜4聚集从反

射器顶部的小孔2照射到热电堆1上。这样，热电堆接收到的辐射非常接近于被测物体同温度下的黑体辐射，此时黑体刻度仪表的示值即为被测物体的真实温度

如果反射器内表面玷污将产^测量误暴，因此必须经常保持内表面清洁。另外，该仪器只适用于间断测—不能连续测温。

1.非接触式测温的干扰分析

辐射温度计在测温过程中，常常会受到外界的干扰这些干扰大致可分为光路中的干扰、外来光.扰以及黑度变化干扰等几类此外，在辐射温度计本体的信号变换和处理过程中不可避免地还会出现机械振动、温度变化和电磁等方面的干扰。下面只讨论前胃种干扰。

(1)光路中的干扰，般把被测表面与辐射温度计之间在测量上所必须通过的路径称为光路。生产现场进行辐射测温时，周围环境中经常存在着浓度不定的多原子气体，如水蒸气、二氧化碳和臭氧等。这些气体对辐射能的吸收是有选择性的，即对某些波长下的辐射能有吸收能力，而对另一些波长下的辐射能则是透明的_

由于光路中的这些气体介质对来自被测物体的辐射能有选择性的吸收，从而减弱了人射到辐射温度计中的能量，造成测量误差。若光路中存在的吸收气体越多，温度计与被测表面之间的距离越远，被测物体发_出的辐射能被衰减的就越多，误差也就越大。

表示出水蒸气、二氧化碳和臭氧的吸收带及吸收带的叠加结果|在波长为1.8~2.8(xm、3.0~5.5(xm和8~14(xm三个波段内辐射能被吸收的较少，称为大气窗口一些辐射温度计的工作波长都选择在这三个大钱窗口的某一波段上，以减少光路中吸收性气体对辐射能的吸收，减少测量误差。

若被测表面上停有水膜或在光路中有水蒸气存在，经实验表明，用工作波

长较短的辐射温度计来测量可减少测量误差，如用硅光电池光电高温计等。

另外，由于光路中悬浮着的尘埃对辐射能的散射和无选择性的吸收，同样会减弱人射到温度计.的辐射能，从而造成测量误差。在必要时，对于光路中的水膜、水蒸气和尘埃可用清洁、干燥的压缩空气进行吹扫。

(2)外来光干扰在用辐射温度计测量物体表面温度时，测量现场往往还存在作为辐射源的其他一些物体，也向外辐射能量。这些达到被测物体表面上的能量，一部分被吸收，另一部分被反射出去而混人测量光中，混人到测量光的这部分光就是所谓的外来光干扰，如图2-64所示，这样就给_量带来了误差。被测表面黑度越小，外部光源温度越高，则这个误差也就越大。

为防止外来光干扰，减小测量误差，在可能的条件下，可用改变测量方向的方法来躲过外来光（包括昼光）照射到被测表面上碧但对于一些固定的难以避免的外部光源，应设置遮蔽装置，为防止遮蔽装置内表面与被测表面之间发生多次反射，遮蔽装置的内表面辑涂黑。遮蔽装置在可能的情况下应尽量靠近被测表面有时为防止遮蔽装置本身温度过高而成为新的外部光源，擎采用空气或水等对其进行冷却，以降低它的辐射。

(3)黑度变化的影响一般辐射温度计用黑体温度刻度。但实际被测物体往往都是非黑体’并且黑度《和都不是常数，随着许多因素（如波长、表面状态及温度等）的变化’这种变化有时是很大的，这给测量带来很不利的影响|为消除或减小由于黑度变化产生的测量误差，可采取以下措施：

1)在被测表面上涂巳知黑度的涂料。涂涂料时先将被测表面磨粗，.分几次涂，但不宜过厚，否则会因为热传导而产生测量误差|这种方法zui高适用温度为

2)人为创造黑体辐射的条件。如在允许的条件下，在被测表面上开一小圆孔只要圆

孔内壁温度基本均匀，就形成了,个黑体空腔。在测量炉膛或熔融金属温度时，可插入一根细长而有底的陶瓷管，在充分受热后，从管口#进去，管底就是近似黑体了。如图2-66所示,用辐射温度计对准小孔或陶瓷管底部，可测得物体的真实温度_

3)利用前置反射器辐射温度计来测真实温度。如前所述，在不需知道被测表面黑度值（但需大于0.6)的情况下，应用这种温度计即可测得物体的真实温度。

4)减小由于黑度变化产生的测量误差。温度相同的实际物体表面，由于该表面上的黑度各处都不相同，所以辐射温度计的输出就会发生变化。在实际应用中通常利用过去测的平均黑度值进行修正，而对其变化部分并没有给予考虑&为了减小由黑度变化所产生的测量误差，采用工作波长较短的辐射温度计测量效果较好。2.热轧带钢表面温度的测量

在过去相当长的时间里，辐射测温仪表的抗干扰能力和可靠性都不是很高，因而限制了它的广泛应用。近些年来，随着科学技术的发展，辐射测温仪表的性能和可靠性有了很大改善，出现了各种高性能的辐射测温仪表，因此它在工业（特别是冶金工业）中的应用在逐年增加。这里以冶金3：业生产中的热乳带钢表面的温度测量为例，简介辐射测温仪表的应用。

用辐射温度计测热轧带钢表面温度的方法已被广泛采用。如图2-67所示，从zui初加热炉出来的钢坯zui后到卷取机之前的整个轧制线如加热炉出口、粗轧机的人口和出口、精轧机的人口和出口以及在卷取机前都设有辐射温度计，用以测量各阶段带钢的表面温度。用此温度信号来控制轧制速度、轧辊压力和冷却水流筆等。从辐射测温的角度来观察热轧带钢生产有如下特点：

1)乳制速度高，每分钟超过lOOOmj为了能正确地测量出带钢长度方向上的温度分布，需要选择响应速度快的辐射温度计。

2)在整个轧制过程中，被轧制材料温度变化很大，一般为500~1300t。

3)由于乳制和冷却多次反复进行，所以被轧材料的黑度经常变化，周围的水蒸气浓度大而且也经常变化。

4)带钢表面某些局部经常有水膜，而且水膜的大小和地点变化无常，也常有鳞片状的锈、渣和灰尘附着在带钢的表面。

分析上述测温条件和特点以后，就要考虑选择适当的辐射温度计|由I*硅光电池光电高温计的响应速度快，工作波长在lpm左右，在这个波长范围内既躲过了水蒸气的主要吸收峰，而且水膜透过率也高，还可减小由于黑度变化和光路中吸收介质所产生的测量误差，因此，测量带钢表面温度的仪表大多选用硅光电池光电高温计。但是这类仪#容易受太阳、钨丝灯等外来光干扰，在安装上应予以注意。,^

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比色温度计的测量原理及特点