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第十五章辐射测温 程晓舫 2006年5月26日星期五 2008年5月20日星期二 2010年5月14日星期五 温度测量类型 温度测量 基于普朗克定律的测温 辐射测量方程 辐射测温分析 辐射测温方法 谱色测温方法 1、辐射测量方程 立体角 辐射成像 介质吸收 立体角——在确定的立体角内，辐射强度是个常数。 辐射成像——1.被成像物体上某一微元面积与透镜之间的辐射传热；2.透镜对辐射传热的衰减。 介质吸收—— 辐射测量方程 2、辐射测温分析 辐射测温中的三大体系 辐射传输介质 辐射测量方程中非光谱量的处理 辐射测量方程中光谱量的处理 辐射测温中的三大体系 测量仪器 几何光学参数 可调节入射辐射通量的大小 光谱响应函数 可决定入射辐射的光谱响应 测量系统 方向角参数 仪器与测量对象的空间关系 辐射传输介质 仪器与测量对象的距离关系 介质对被传输辐射的吸收 介质对被传输辐射光谱的影响 测量对象 光谱辐射强度函数 需要确定函数的具体形式 辐射传输介质 辐射测温的光谱/非光谱 测量仪器 光学几何参数 可调节入射辐射通量的大小 光谱响应函数 可决定入射辐射的光谱响应 测量系统 方向角参数 决定着二维测量的关键因素 辐射传输介质-选择测量窗口 仪器与测量对象的距离关系 介质对被传输辐射的吸收 测量目标 辐射光谱强度函数 黑体辐射光谱分布有确定的函数形式 一般物体尚需确定发射率 辐射测温中非光谱量的处理 标定 确定非光谱量的数值 归一化 消除非光谱量的影响 标定——采用已知的辐射来确定非光谱量的数值 标定 归一化——通过比值的处理形式以消除非光谱量的数值 标定型/归一化型两种处理方式的小结 辐射测温中光谱量的处理 仪器的光谱响应函数 光学部分：单色；波段（常数/函数） 光电部分：常数响应/函数响应 被测目标的光谱辐射 普朗克定律：温度是待定物理量 物体发射率：与温度一样，发射率也是待定物理量 辐射测温的困惑 一个测量方程，有两个物理量需要待定 仪器的光谱响应函数 可作三种处理 波段 单色 全色 三种处理的技术实现 波段：光学部分作为校正，光电部分保持原态； 单色：光学部分起决定作用，光电部分保持原态； 全色 ：光学部分可取消，光电部分要求全波长响应。 被测目标的光谱辐射 被测目标光谱辐射函数的描述 普朗克定律 具有确定的函数形式 发射率 数值型 函数型 辐射测温的技术之道 辐射测温全部技术路线的综述 3、辐射测温方法 标定（单色/全色）下的辐射测温方法 归一化（对波长）下的辐射测温方法 辐射测温方法的历史总结 标定（单色/全色）下的辐射测温方法 单色辐射测温 全色辐射测温 3.1 发射率数值方法：a）假设温度 3.1 发射率数值方法：a）假设温度 3.1 发射率数值方法：b）引入已知量 3.1 发射率数值方法：b）引入已知量 谱线反转法——单色辐射－吸收发光法的特殊情况 积分辐射－吸收发光法 ——满足灰体条件 积分辐射反转法 镜子法 3.1 发射率数值方法：b）引入已知量 3.1 发射率数值方法： b）引入已知量 通过把黑体参考源辐射投射到待测目标表面，将目标表面反射的黑体辐射和自身的发射辐射叠加的结果和参考源的黑体辐射大小想比较，从而得知物体真实温度的一种辐射测温中早期被广泛应用的方法[1] 3.1 发射率数值方法：c）改变物体发射率 为了将避免目标表面发射率随波长发生变化，将待测物体改造成灰体，是辐射测温中常用到的一种方法，尤其在钢铁工业中被广泛采用[31]。其原理是：用耐高温的材料制成一空心圆管，称为导管。导管插入金属液后，导管内部即形成一个空腔，空腔底部为被测体，这个空腔的存在改变了被测表面的发射率，不论导管末端是开口还是封口的，在一定条件下，都使底部的有效发射率接近灰体辐射。通过对圆柱形空腔的有效发射率的分析，得到图示的结果。 3.2 发射率函数构造：a）特定发射率函数 Hottel理论发射率模型 Edwards[37]模型 Hagen-Rubens模型 Sala[39]铁发射率函数 3.2 发射率函数构造：b）发射率的数学函数 泛函[40]表述的发射率 若干数学表述 对数指数形式 三角函数形式 线性形式 归一化（对波长）下的辐射测温方法 辐射测温方法的历史总结 4、谱色测温方法 研究路线的分析与确定 谱色测温仪器的外处理 谱色测温仪器的内处理 特例——彩色测温方法 研究路线的分析与确定——选择归一化型方案 研究路线的分析与确定——选择光谱响应方案 谱色测温仪器的外处理——归一化方便仪器测量 谱色测温仪器的内处理——普适性满足不同对象 建立一个具有普适性的发射率函数 以适合视场内出现的不同目标的温度测量； 发射率必须体现为波长的函数； 这个普适的发射率函数中待定参数的数目受到归一化测量数据设计要求的限制； 在