輻射測溫技術(shù)綜述

1、收稿日期:2004202225作者簡介:王文革(1966)男研究員主要從事熱學(xué)計量測試技術(shù)的研究。2005年8月宇航計測技術(shù)Aug.2005第25卷第4期JournalofAstronauticMetrologyMeasurementVol.25No.4文章編號:10007202(2005)04002005中圖分類號:TB941文獻標識碼:A輻射測溫技術(shù)綜述王文革(北京航天計量測試技術(shù)研究所北京100076)摘要簡要敘述了輻射測溫技術(shù)發(fā)

2、展歷史對輻射測溫學(xué)的三種基本測溫方法亮度測溫法、全輻射測溫法和顏色測溫法引申出的三類輻射溫度計進行了簡單比較同時簡要歸納了輻射測溫的幾個發(fā)展動向。關(guān)鍵詞溫度測量輻射測溫輻射溫度計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)之一它的測量與控制在國防、軍事、科學(xué)實驗及工農(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)展溫度測量越來越受到重視而且對測量準確度的要求也越來越高在某些場合溫度測量問題成為關(guān)鍵問題。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量和控制高速軋制鋼材的溫

5、度測量和控制在國防軍工科研生產(chǎn)領(lǐng)域航空發(fā)動機和航天火箭發(fā)動機的溫度測量特別是在新材料、新工藝的研究中經(jīng)常要求更加準確的溫度測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)隨著自動化程度的提高和對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高也要求準確、快速地測溫和控溫。另外隨著能源危機的出現(xiàn)出于節(jié)能、環(huán)保的目的在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中對溫度的監(jiān)測也要求越來越重要?？傊S著工農(nóng)業(yè)、科研生產(chǎn)、國防軍事等領(lǐng)域的需求有力地推動了溫度測量的發(fā)展。溫度測量分為接觸測溫

6、與非接觸測溫兩大類普及信號處理方面進展很快使得輻射測溫儀表都具有了智能儀表功能如峰值和谷值檢測、平均值檢測和發(fā)射率修正等功能。隨著信息時代的到來工業(yè)現(xiàn)場測量控制用的輻射測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)場總線的功能。(3)其它技術(shù)的發(fā)展紅外光學(xué)材料的發(fā)展為輻射測溫提供了更寬的工作波段范圍。紅外光學(xué)材料的種類很多主要有玻璃、晶體、透明陶瓷和透明性材料等其性能指標主要是透過率、折射率、熱導(dǎo)率、色散、機械強度、抗腐蝕性

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

8、辦法無法測量的場合光纖測溫得到較快發(fā)展。由于以上幾方面原因使輻射測溫技術(shù)有了很大進展。目前輻射溫度計的測溫范圍通常為50℃～3000℃這個范圍覆蓋了一般的工業(yè)需求。特殊場合使用的溫度計其測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℃左右最低溫度可測到170℃甚至有的試驗裝置可到10K左右。在靈敏度方面有的基準或標準光電高溫計在金點溫度已達到0.

9、0001K工業(yè)儀表可達0.1K。在反應(yīng)時間方面最快的可達微秒級。最小可測目標直徑為0.5mm顯微測溫儀則可達0.01mm?？傊壳拜椛錅y溫儀表正在向高準確度、高靈敏度、快速、超高溫、超低溫、圖像掃描、微小目標測量、智能化等方面發(fā)展。隨著測溫理論的發(fā)展和技術(shù)水平的提高新的測溫理論、方法和測溫儀表會不斷出現(xiàn)輻射測溫技術(shù)將會不斷得到推動。3輻射溫度計的分類輻射測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、條定律都僅對黑體輻射適用。實際中的測溫對象都是非黑體具有不同發(fā)射率的被測目標都有可能在同一波長(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溫度的無限解為了解決這一問題輻射測溫學(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際物體的溫度測量同黑體輻射定律直接聯(lián)系起來。在輻射測溫學(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溫方法即亮度測溫法、全輻射測溫法和顏色測溫法用這