辐射高温计的设计原理是什么？

辐射高温计是根据黑体辐射原理进行温度测量的。它由感温元件和指示部分组成，其感温元件为辐射能感温器，工业上常用的有热电堆和真空热电偶。

李耀鑫

2019-9-24 10:23:24

辐射高温计的设计原理
辐射高温计的分类
辐射高温计的应用
辐射高温计的测量误差

辐射高温计的设计原理

　　辐射高温计是根据黑体辐射原理进行温度测量的。它由感温元件和指示部分组成，其感温元件为辐射能感温器，工业上常用的有热电堆和真空热电偶。
　　辐射高温温度计的测温上限很高，最高可达2800℃甚至更高。辐射高温计是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系从而进行设计制造的。它用辐射感温器作为一次仪表，电子电位差计作为二次仪表，属于透镜聚焦式感温器。它具有铝合金外壳，前部是物镜，壳体内装有热电堆补偿光栏，在靠紧热电堆的视场光栏上有一块调档板，其作用是调节照射到热电堆上的辐射能量，使产品具有统一的分度值，在可拆卸的后盖板上装有目镜，借以观察被测物体的影像。
　　辐射感温器把被测物体的辐射能，经过透镜聚焦在热敏元件上，热敏元件负责把辐射能转变为电参数，由已知的热电势与物体温度之间的关系通过二次仪表测出热电势，显示出温度值，这个温度值须用物体的全辐射黑体系数予以校正或用铂铑10—铂热电偶直接插入高温盐浴炉中配以直流电位差计测量温度，然后与仪表显示温度对比，用以校准高温计测量温度的准确程度。

马龙

2019-9-24 10:23:31

辐射高温计的分类

　　辐射高温计分为全辐射高温计和部分辐射高温计。
　　1.全辐射高温计
　　因为光学系统和探测元件对光谱辐射的响应有选择性，不可能完全接收全波长的辐射，因此全辐射温度计也可称为宽带辐射温度计。它是根据物体的全波长辐射能与温度之间的关系来测量温度的。由光学系统、探测器、测量仪表和用于冷却及烟尘防护的辅助装置组成。被测物体向传感器方向发射的辐射经过透镜聚焦到探测元件上，所产生的相应信号可由测量仪表显示或记录（图 1全辐射高温计原理）。探测器通常采用响应波段较宽的热电堆（见温差电偶）。为提高灵敏度，热电堆往往需要由十几支、几十支的温差电偶串联组成，因而热惯性较大，时间常数一般为秒级以上。除此之外，热电堆的基准端温度应保持恒定或采取自动温度补偿措施。
　　全辐射高温计的优点是结构简单、使用方便、性能稳定、可以自动记录和远距离传送信号等。测温范围为100～2000℃,测温误差绝对值为8～12℃。

　　图 1全辐射高温计原理
　　2.部分辐射高温计
　　它利用被测物体的部分波段辐射能与温度之间的关系来测量物体温度，又被称窄带辐射温度计。部分辐射高温计由某一较窄响应波段的光学系统和探测元件组成。被测物体的部分热辐射经调制盘和滤色片后照到探测元件上,再经放大由仪表显示或记录。

辐射高温计的应用

　　辐射高温计在测量中不与被测物体接触，是非接触式简易辐射测温仪表，安装现场的环境因素会对测量造成很大的影响。外来光的干扰是指从外来光源入射到被测表面上并且被反射混入到测量光中。如室外测量时的阳光，室内测量时的照明光，附近加热炉和火焰等。对一些固定的难以避免的外来光源设置遮蔽装置，如果工作在很高的环境温度中，遮蔽装置又合成新的热源，需用水或空气对它进行冷却，减小它的辐射，还可以改变测量方向，躲过外来光的照射。它适用于冶金，机械、硅酸盐及化学工业部门中连续测量各种熔炉、高温窖、盐浴池等场合的温度，以及用于其它不适宜装置热电偶的地方，配合适当的显示仪表，可以指示、记录自动调节被测温度。
　　因为在生产现场的空气中，存在着水蒸气、二氧化碳、游面的浮渣、烟雾、油雾、粉尘、水蒸气和二氧化碳气体介质对辐射能的吸收具有选择性的，对某些波长的辐射能有吸收能力，而对另一些波长的辐射能则易透过，浮渣、烟雾、油雾和粉尘等物质对辐射能的吸收是无选择性的，但伴有散射，减弱了入射到温度计中的辐射能，导致测量误差，可以用干净的压缩空气来清扫光路将烟雾吹散，对盐浴炉经常脱氧捞渣，以保持盐面呈正常光亮度。

辐射高温计的测量误差

　　辐射高温计的测量误差主要由以下几点造成：
　　①中间媒质（如大气等）的选择吸收作用，使达到接受器的辐射能量中红外部分损失较多；
　　②没有按规定的热源到高温计的距离进行测量（通常每种辐射高温计对于被观测面面积的直径与高温计透镜间的距离都规定了比值）；
　　③各种高温计中接受器的选择吸收特性不同，致使光谱发射率偏离选取值；
　　④热电堆冷热端温度的改变、仪表的误差等等。

辐射高温计的分类

　　辐射高温计分为全辐射高温计和部分辐射高温计。
　　1.全辐射高温计
　　因为光学系统和探测元件对光谱辐射的响应有选择性，不可能完全接收全波长的辐射，因此全辐射温度计也可称为宽带辐射温度计。它是根据物体的全波长辐射能与温度之间的关系来测量温度的。由光学系统、探测器、测量仪表和用于冷却及烟尘防护的辅助装置组成。被测物体向传感器方向发射的辐射经过透镜聚焦到探测元件上，所产生的相应信号可由测量仪表显示或记录（图 1全辐射高温计原理）。探测器通常采用响应波段较宽的热电堆（见温差电偶）。为提高灵敏度，热电堆往往需要由十几支、几十支的温差电偶串联组成，因而热惯性较大，时间常数一般为秒级以上。除此之外，热电堆的基准端温度应保持恒定或采取自动温度补偿措施。
　　全辐射高温计的优点是结构简单、使用方便、性能稳定、可以自动记录和远距离传送信号等。测温范围为100～2000℃,测温误差绝对值为8～12℃。

　　图 1全辐射高温计原理
　　2.部分辐射高温计
　　它利用被测物体的部分波段辐射能与温度之间的关系来测量物体温度，又被称窄带辐射温度计。部分辐射高温计由某一较窄响应波段的光学系统和探测元件组成。被测物体的部分热辐射经调制盘和滤色片后照到探测元件上,再经放大由仪表显示或记录。

辐射高温计的应用

　　辐射高温计在测量中不与被测物体接触，是非接触式简易辐射测温仪表，安装现场的环境因素会对测量造成很大的影响。外来光的干扰是指从外来光源入射到被测表面上并且被反射混入到测量光中。如室外测量时的阳光，室内测量时的照明光，附近加热炉和火焰等。对一些固定的难以避免的外来光源设置遮蔽装置，如果工作在很高的环境温度中，遮蔽装置又合成新的热源，需用水或空气对它进行冷却，减小它的辐射，还可以改变测量方向，躲过外来光的照射。它适用于冶金，机械、硅酸盐及化学工业部门中连续测量各种熔炉、高温窖、盐浴池等场合的温度，以及用于其它不适宜装置热电偶的地方，配合适当的显示仪表，可以指示、记录自动调节被测温度。
　　因为在生产现场的空气中，存在着水蒸气、二氧化碳、游面的浮渣、烟雾、油雾、粉尘、水蒸气和二氧化碳气体介质对辐射能的吸收具有选择性的，对某些波长的辐射能有吸收能力，而对另一些波长的辐射能则易透过，浮渣、烟雾、油雾和粉尘等物质对辐射能的吸收是无选择性的，但伴有散射，减弱了入射到温度计中的辐射能，导致测量误差，可以用干净的压缩空气来清扫光路将烟雾吹散，对盐浴炉经常脱氧捞渣，以保持盐面呈正常光亮度。

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　　③各种高温计中接受器的选择吸收特性不同，致使光谱发射率偏离选取值；
　　④热电堆冷热端温度的改变、仪表的误差等等。

王静

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