非接触式测温技术

　　0 引言

　　温度及其分布的测量 ，在很多科研及实际生产中 ，具有十分重要的基础意义。例如在工业高炉炼钢或工件表面改性中 ，炉内温度及其分布的检测与控制 ，对炉体的寿命、产品的质量、能耗的降低有着重要的意义。目前，常采用铂铑热电偶进行温度的测量，属于接触式测温方法。接触式测温法测温元件和被测介质需要一定的时间才能达到热平衡 ，所以对于温度变化较快的环境 ，不能实现温度的实时监测。而且 ，热电偶的探头通常只能安装在炉壁上 ，对炉内的温度分布的测量较为困难。此外 ，在高温、高压和有害介质条件下工作时 ，热电偶丝很快会氧化、变脆、甚至损坏 ，使温度的监测难以持续进行。而采用非接触式测温 ，只需把温度计光学接受系统对准被测物体 ，而不必与之进行热接触 ，因此可以测量温度变化较快的物体的温度 ，而不对待测物体造成任何干扰 ，可实现温度的无损实时监测[1]。对该温度计的光学系统进行适当设计 ，可以实现三维空间的温度分布测量[2]。同时 ，因无需与待测物体接触 ，该温度计还可以实现极高温的测量。因此 ，将非接触式测温技术应用于高炉的温度在线实时监测 ，具有重要的意义。

　　1 测温原理

　　1.1 辐射测温原理

　　辐射测温法所依据的基本原理是黑体辐射定律 ，即黑体的辐射光谱决定于黑体的热力学温度。在此基础上 ，可以派生出全辐射法、维恩位移峰值法和亮度测温法。全辐射法所依据的是斯蒂芬 - 波尔兹曼定律 ，将光谱辐射出度在整个波长进行积分即可得单位面积全波辐射能通量。

　　式中，M₀为温度为T 时 ，单位时间从黑体单位面积上辐射出的总辐射量 ，称为总辐射度 ;σ为斯蒂藩一玻耳兹曼常量 ，8σ5.67032 10 = × W·m^-2·K-4;T 为物体温度。只要测定M₀，即可确定辐射体的温度。维恩位移定律可由普朗克公式导出。对于黑体的单色辐出度与温度和波长之间的关系 ，由普朗克方程给出[3]，即：

　　其中，为黑体的辐出度 ;λ为波长 ;T 为绝对温度 ;C1=163.7418 10 × W·m 为第一普朗克系数 ，C2=21.4388 10 × m·K 为第二普朗克系数。由普朗克公式知单色辐出度有一极大值 ，对普朗克公式求极值得 ，它对应的峰值波长与温度的乘积是一个确定的常数 ，即μm·K。只要测定 ，即可确定辐射体的温度。若将普朗克公式写成亮度的形式[3]，则为

　　式中为光谱的单色辐射量度。即通过测量辐射体的辐射亮度求出辐射体的温度。