红外辐射测温技术-讲义.doc

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《红外辐射测温技术》讲义

0绪论
使学生了解红外测温的基础知识和基本理论，辐射测温的基本工作原理，熟悉辐射测温仪表的基本构成，为辐射测温仪表的研制奠定基础。
1.课程内容、地位与应用
■红外辐射：
红外技术是研究红外波段内电磁波的规律并使其应用的一门现代技术。
众所周知，从波长很长的无线电波到波长很短的宇宙射线都是不同波长的电磁波，或称为电磁辐射。波长的单位在行业内习惯用微米(µm)。频率ν和波长λ的关系为λν=c（光速）；也有用波数σ表示波长的σ=1/λ(cm-1)。
电磁波谱上的每一段都具有其独特的规律，每一段都是一个研究领域，都有其特性和规律，研究并使其应用，造福于人类是每个学科的宗旨。红外技术就是研究红外区域内电磁波的规律的一门学问。包括可见光直到紫外部分。
*需要记住和理解的几点内容：“红外辐射是人眼看不见的光线”；
“红外辐射就是热辐射”
“对红外线的研究也属于光学范畴。”
红外技术的应用：
①军事上：
军事目标的侦察、监视、预警与跟踪
红外制导是一种重要的制导方式。
红外通信。
军用夜视仪。
是探测隐身飞行器的一种手段。
对威胁进行红外告警。
②在民用方面：红外测温，红外遥控，红外遥感，红外医疗，红外加热，红外光谱技术。
总之，红外技术的应用及其广泛，它已涉及到军事战术或战略的情报搜集、目标的侦察监视、武器制导等各个领域，对未来战争产生重大的影响。在工业、医学和科研等许多方面也广为使用，例如热源探测，医用热像仪、温度测量与过程控制、红外光谱分析、红外加热、红外遥感、红外天文学等。
非接触法测温—
辐射测温法
接触法测温
热电偶
热电阻
■测温技术

温度测量的方法可分两大类：

辐射测温特点：
优点：响应速度快、分辨率高，适用于旋转物体、移动物体、热容量小的物体、腐蚀性场合，以及接触式测温无法使用的条件下，辐射测温被广泛应用。
如：电力、冶金、化工橡胶等领域
焊接、炉窑、焦化、电力（变压器）
感应加热、塑料、玻璃
金属挤压成型
热处理和退火
缺陷：①一般辐射温度计都只能测得亮度温度或辐射温度，由于一般被测物体发射率都小于l，所以不能测得真温度。欲求得真温度必须在线测得被测对象的发射率，对测量值进行修正。
②现场测量中经常存在有外来光的干扰(外部热源)和光路中的干扰(水蒸汽、尘埃等)，必须消除这些干扰，才能实现正确的测量。
③被测表面发射率往往在一定范围内变化，这是辐射测温中需要解决的一个难题。
④辐射温度计应适时用黑体炉检定或校验以维持足够的测量精度。
2.教学计划（32学时，9周）
3.考试形式：大作业
4.内容简介：
（1）红外辐射基本理论
（2）工业黑体辐射源
（3）黑体空腔有效发射率
（4）黑体空腔积分发射率和有效温度
（5）辐射测温方法与仪表
（6）真实温度测量技术与应用
5.相关知识
（1）红外物理
（2）红外光学
（3）红外探测器
（4）信号处理技术
6.辐射测温仪器的一般设计步骤
（1）明确需求与工作条件
①被测物体：材料发射率
②测温范围：100~1200℃
③环境温度：100~200℃
④测温环境：CO2和H2O蒸汽
⑤目标距离与尺寸：
⑥测温精度：
⑦安全等级：具有防爆（煤气）功能
（2）测温仪元件的选择与参数设计
①工作波段的选择
②探测器的选择
③透镜材料选择
④透镜的参数设计
（3）能量与系统输出计算
（4）信号处理与显示
（5）标定
第一章红外辐射基本理论
1.1红外辐射的一般概念
波长0.38～0.76m范围内的电磁波属于可见光线，波长比0.38m短的电磁波分别为紫外线、x射线和射线等。波长在0.76~1000m之间的电磁波称为红外线，波长更长的电磁波称为微波和无线电波。波长在0.1~40m范围内的电磁波(包括可见光和红外线的短波部分)热效应最显著，所以把这部分波长的电磁波称为热射线或热辐射。红外线范围内的电磁波还可按波长的不同划分为近红外、中红外和远红外三部分。
辐射的吸收、反射、透过及绝对黑体
当辐射能投射到物体表面上时，在一般情况下，其中一部分被物体吸收，一部分被反射，另一部分可以透过物体。假设外界投射到物体表面上的总能量为Q0，被吸收了Q，反射了Q，透过了Q。
根据能量守恒有：
Q0＝Q＋Q＋Q
＋＋＝1
—吸收率，—反射率，—透过率

镜面反射—入射角等于反射角；
漫反射—平行光反射后沿各个方向均匀分布；
实际表面既不是镜面反射也不是均匀的漫反射。

＝1，绝对黑体
＝1，全反射反射有一定规律的为镜体
反射无一定规律的为绝对白体
＝1，绝对透明体，或透热体。

自然界中并不存在绝对黑体、绝对白体或绝对透明体。
1.2热辐射的基本定律
概念：为了从数量上表示物体的辐射能力