比色高温计

辐射高温计的种类

比色高温计是辐射高温计的一种。根据受热物体发出的辐射线中两种波长下辐射强度之比，随物体实际温度而变化的原理制成。测出两种波长下辐射强度之比，就可知道受热物体的温度。与光学高温计相比，比色高温计测得的是真实物体本身的温度，不需修正。

简介

比色高温计是利用黑体单色辐射强度的比值是温度单值函数的原理来测量温度的温度计。其组成与一般光学高温计相近，只是增加到两个以上通道，以测得不同的值。由于采用辐射强度对比的方法，介质吸收的影响较小，因而精度较高，但结构比较复杂。近年来研制成了数字式光电比色高温计，由于采用了线性电路和MOS数字集成电路，因而使电路简化，结构紧凑。这种数字式光电比色高温计常用测温范围为 900～1700℃ (量程上下限间隔 500℃)，其基本误差不大于±1%，响应时间为1s。适用于冶金、动力等工业部门，尤其适用于移动物体高温自动检测。

原理

实验表明，黑体单色辐射的极大值所对应的波长是随温度的升高而逐渐向波长较短的方向移动的。维恩位移定律表述了这种关系：黑体单色辐射强度极大值所对应的波长(λm)与其绝对温度(T)成反比，即：λmT=C

如果波长以微米为单位，则C=2896微米·开，于是λmT=2896微米·开(μm·к)

上式表明，物体的温度愈高，其单色辐射极大值所对应的波长则愈短;反之，则辐射极大值的波长愈长。如太阳表面温度为6000k，则它最大放射能力的波长为0.475μm;而地球表面平均温度为300k，其最大放射能力的波长为10μm;对流层顶部的平均温度为200k，其最大放射能力的波长则为14. 5μm。

根据维恩定律，将测量两个光谱能量比来测量物体温度的方法称为比色测温法；把实现此种测量的仪器称为比色高温计。用这种方法测量非黑体时所得到的温度称为比色温度或颜色温度。根据比色温度的定义，应用维恩公式，可导出物体的真实温度和比色温度的关系：

T为物体实际温度，TS为比色温度。

常用的双色比色高温计的原理如图1所示，由滤光片取得蓝光波长λ1=0.450μm及

红光波长λ2=0.650μm。硅光电池E1和E2分别接收到红光与蓝光的辐射能量后，将在它们

的负载电阻上产生电压U1与U2。根据硅光电池的特性有。调节电位器RP使测量电路的指示达到平衡，则电位器RP上指示的位置与比值U1/U2对应。利用黑体辐射源可对电位器RP直接分度所指示的温度值即待测物体的色温度。

分类

比色温度计按照它的分光形式和信号的检测方法，可分为单通道式与双通道式两种。所谓通道是指在比色温度计中使用探测器(检测元件)的个数。单通道比色温度计使用一个检测元件，被测目标辐射的能量被调制轮流经两个不同的滤光片，射人同一检测元件上。双通道比色温度计使用两个检测元件，分别接受两种波长光束的能量。单通道比色温度计又分为单光路式和双光路式两种。所谓光路是指光束在进行调制前或调制后是否由一束光分成两束进行分光处理。没有分光的为单光路，分光的为双光路。双通道比色温度计又分为调制式与非调制式。无论哪种比色温度计，都要计算两个光谱辐射亮度的比值。

单通道单光路比色温度计

图2是单通道单光路比色温度计的结构示意图。被测物体的辐射能址经物镜聚焦。经过通孔反射镜而达到光电探测器，即硅光电池上。通孔反射镜的中心开设一通光孔，其大小可根据距离系数而变，其边缘经抛光后进行真空镀铬。同步电动机带动光调制转盘转动，转盘上装有两种不同颜色的滤光片，交替通过两种波长的光。硅光电池输出两个相应的电信号送至变送器进行比值运算、线性化。图2中，反射镜、倒像镜和目镜组成瞄准系统，用于调节该温度计。

由于采用一个检测元件，仪表稳定性较高;但结构中带有光调制转盘，使温度计的动态品质有所下降;牌号相同的滤光片之间透过率(或厚度)的差异会影响测量准确度。

单通道双光路比色温度计

图3是单通道双光路比色温度计的结构示意图。被测物体的辐射由分光镜(干涉滤光片)分成两路不同波长的辐射光束，分别通过光调制转盘上的通孔和反射镜，交替投射到同一个硅光电池上，转换成相应的电信号，再经变送器处理实现比值测定后，送显示器显示。单通道双光路比色温度计具有和单通道单光路比色温度计一样的优点(稳定)和缺点 (动态品质差)。此外，它还有助于克服各滤光片特性差异的影响，提高了测量准确度；但结构较复杂，光路调整困难。单通道比色高温计的测温范围为900一2000℃，仪表基本误差1%。如果采用PbS光电池代替硅光电池作为光电探测器，则测温下限可达400℃。

双通道比色温度计

双通道非调制式比色温度金于不像单通道那样采用振动圆盘进行调制，而是采用分光镜 (干涉滤光片或棱镜)把被测目标的辐射分成不同波长的两束，且分别投射到两个光电探测器上，其结构示意图如图4所示。

被测物体的辐射能经物镜4聚焦于通孔反射镜5上，再经透镜6人射到分光镜7上。红外光透过分光镜后投射到硅光电池8上;可见光则被分光镜反射到另一硅光电池9上。在8 的前面有红色滤光片将少量可见光滤去，在9 的前面有可见光滤光片将少量长波辐射能滤去，两个硅光电池的输出信号的比值即可模拟颜色温度。图4中，反射镜1、倒像镜2和目镜3组成瞄准系统，用于调节该温度计。

双通道调制式比色温度计与双通道非调制式比色温度计较为相似，所不同的是经分光镜分光和反射镜反射后所形成的两束辐射，要先通过带通孔的光调制转盘同步调制后，再投射到两个带不同滤光片的检测元件上。

双通道比色温度计结构简单，使用方便，动态品质较高，但两个硅光电池要保持特性一致且不发生时变是比较困难的，因此测量准确度及稳定性较差。

与此原理类似，还有三波长、四波长、六波长辐射温度计等。此外还有基于比色测温的减比测温法，即3个辐射亮度彼此相减后再求比，利用比值与温度的关系测温。该方法不仅保留了比色测温法的优点，且使测温灵敏度、抗干扰能力等有较大提高。

上述比色高温计中选用的两波长分别为可见光与红外光。如果两个波长均选在红外光波段，则该仪表称为红外比色温度计，可用来测量较低温度。

应用范围

比色高温计的测量范围为800～20000C，测量精度可接近量程上限的±0．5%。比色高温计的优点是测量的色温度值很接近真实温度。在有烟雾、灰尘或水蒸气等环境中使用时，由于这些媒质对λ1及λ2的光波吸收特性差别不大，所以由媒质吸收所引起的误差很小。对于光谱发射率与波长无关的物体(灰体)可直接测出其真实温度。上述优点都是其他类型的光测高温计所没有的。由于比色高温计使用方便，在冶金和其他工业中的应用仍较广泛。

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