輻射測(cè)溫技術(shù)綜述

1、收稿日期:2004202225作者簡(jiǎn)介:王文革(1966)男研究員主要從事熱學(xué)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的研究。2005年8月宇航計(jì)測(cè)技術(shù)Aug.2005第25卷第4期JournalofAstronauticMetrologyMeasurementVol.25No.4文章編號(hào):10007202(2005)04002005中圖分類(lèi)號(hào):TB941文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A輻射測(cè)溫技術(shù)綜述王文革(北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所北京100076)摘要簡(jiǎn)要敘述了輻射測(cè)溫技術(shù)發(fā)

2、展歷史對(duì)輻射測(cè)溫學(xué)的三種基本測(cè)溫方法亮度測(cè)溫法、全輻射測(cè)溫法和顏色測(cè)溫法引申出的三類(lèi)輻射溫度計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較同時(shí)簡(jiǎn)要?dú)w納了輻射測(cè)溫的幾個(gè)發(fā)展動(dòng)向。關(guān)鍵詞溫度測(cè)量輻射測(cè)溫輻射溫度計(jì)SurveyofRadiationThermometryTechnologyWANGWen2ge(BeijingAerospaceInstitutefMetrologyMeasurementTechnologyBeijing100076)AbstractTheh

3、istyofradiationthermometryisreviewedtheacteristicsofthreekindsofradia2tionthermometerwhichbasedonlightenessthermometrytotalradiationthermometrycol2ratiothermome2tryarecompared.Attheendtheprospectfradiationthermometryispr

4、esented.KeywdsTemperaturemeasurementRadiationthermometryRadiationthermometer1引言溫度是確定物質(zhì)狀態(tài)的最重要參數(shù)之一它的測(cè)量與控制在國(guó)防、軍事、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展溫度測(cè)量越來(lái)越受到重視而且對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的要求也越來(lái)越高在某些場(chǎng)合溫度測(cè)量問(wèn)題成為關(guān)鍵問(wèn)題。例如在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域熱處理加熱工藝中工件溫度的測(cè)量和控制高速軋制鋼材的溫

5、度測(cè)量和控制在國(guó)防軍工科研生產(chǎn)領(lǐng)域航空發(fā)動(dòng)機(jī)和航天火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度測(cè)量特別是在新材料、新工藝的研究中經(jīng)常要求更加準(zhǔn)確的溫度測(cè)量和控制即便是在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)如鋼鐵、冶金、熱處理、輕工、化工等行業(yè)隨著自動(dòng)化程度的提高和對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高也要求準(zhǔn)確、快速地測(cè)溫和控溫。另外隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)出于節(jié)能、環(huán)保的目的在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)也要求越來(lái)越重要?？傊S著工農(nóng)業(yè)、科研生產(chǎn)、國(guó)防軍事等領(lǐng)域的需求有力地推動(dòng)了溫度測(cè)量的發(fā)展。溫度測(cè)量分為接觸測(cè)溫

6、與非接觸測(cè)溫兩大類(lèi)普及信號(hào)處理方面進(jìn)展很快使得輻射測(cè)溫儀表都具有了智能儀表功能如峰值和谷值檢測(cè)、平均值檢測(cè)和發(fā)射率修正等功能。隨著信息時(shí)代的到來(lái)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量控制用的輻射測(cè)溫儀不僅僅具有一般意義的智能功能還逐步發(fā)展出了帶有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的功能。(3)其它技術(shù)的發(fā)展紅外光學(xué)材料的發(fā)展為輻射測(cè)溫提供了更寬的工作波段范圍。紅外光學(xué)材料的種類(lèi)很多主要有玻璃、晶體、透明陶瓷和透明性材料等其性能指標(biāo)主要是透過(guò)率、折射率、熱導(dǎo)率、色散、機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕性

7、、熱膨脹系數(shù)和抗潮解能力等。其中鍺砷錫的透過(guò)率較高工作波段也較寬可達(dá)到1μm～16μm。微型致冷技術(shù)的發(fā)展使探測(cè)器能夠工作在最佳環(huán)境溫度抑制噪聲提高探測(cè)器性能進(jìn)而提高測(cè)溫準(zhǔn)確度另外還有光學(xué)鍍膜技術(shù)該技術(shù)的發(fā)展使輻射溫度計(jì)可根據(jù)對(duì)象的輻射特征和環(huán)境吸收干擾等因素選擇有利的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)溫以提高測(cè)溫準(zhǔn)確度。(4)光纖技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了輻射測(cè)溫技術(shù)的進(jìn)步由于光纖很細(xì)小又能彎曲可插入物體內(nèi)部或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位。可實(shí)現(xiàn)接觸測(cè)溫也可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)溫。在常規(guī)

8、辦法無(wú)法測(cè)量的場(chǎng)合光纖測(cè)溫得到較快發(fā)展。由于以上幾方面原因使輻射測(cè)溫技術(shù)有了很大進(jìn)展。目前輻射溫度計(jì)的測(cè)溫范圍通常為50℃～3000℃這個(gè)范圍覆蓋了一般的工業(yè)需求。特殊場(chǎng)合使用的溫度計(jì)其測(cè)溫上限和下限都超出了該范圍例如等離子火焰的等效溫度為2000℃～5000℃火藥爆炸的溫度在3500℃左右原子彈爆炸的等效溫度在50000℃左右最低溫度可測(cè)到170℃甚至有的試驗(yàn)裝置可到10K左右。在靈敏度方面有的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)光電高溫計(jì)在金點(diǎn)溫度已達(dá)到0.

9、0001K工業(yè)儀表可達(dá)0.1K。在反應(yīng)時(shí)間方面最快的可達(dá)微秒級(jí)。最小可測(cè)目標(biāo)直徑為0.5mm顯微測(cè)溫儀則可達(dá)0.01mm。總之目前輻射測(cè)溫儀表正在向高準(zhǔn)確度、高靈敏度、快速、超高溫、超低溫、圖像掃描、微小目標(biāo)測(cè)量、智能化等方面發(fā)展。隨著測(cè)溫理論的發(fā)展和技術(shù)水平的提高新的測(cè)溫理論、方法和測(cè)溫儀表會(huì)不斷出現(xiàn)輻射測(cè)溫技術(shù)將會(huì)不斷得到推動(dòng)。3輻射溫度計(jì)的分類(lèi)輻射測(cè)溫理論是以黑體輻射定律普朗克定律、維恩位移定律、斯特藩玻爾茲曼定律為基礎(chǔ)的但是這幾

10、條定律都僅對(duì)黑體輻射適用。實(shí)際中的測(cè)溫對(duì)象都是非黑體具有不同發(fā)射率的被測(cè)目標(biāo)都有可能在同一波長(zhǎng)(或某波段、或全波段)發(fā)出相等的輻射能使得一定量的熱輻射具有真實(shí)溫度的無(wú)限解為了解決這一問(wèn)題輻射測(cè)溫學(xué)中引入了表觀溫度的概念這樣才能在物體的發(fā)射率未知的情況下把實(shí)際物體的溫度測(cè)量同黑體輻射定律直接聯(lián)系起來(lái)。在輻射測(cè)溫學(xué)中表觀溫度包括亮度溫度、輻射溫度和顏色溫度。由這三種表觀溫度可以引申出三種基本測(cè)溫方法即亮度測(cè)溫法、全輻射測(cè)溫法和顏色測(cè)溫法用這