辐射测温中发射率的补偿方法探讨

　　一、引　言

　　随着辐射测温技术的发展,工业自动化水平的不断的提高,辐射测温仪表以其突出的优点得到了广泛的应用。但在生产现场,当辐射温度计正确安装之后,被测表面的发射率就成为影响测量准确度的主要因素。尽管许多辐射测温仪表上都带有发射率修正装置,在测量发射率固定不变的物体温度时也起到了很大的作用,然而,当被测物体的发射率随温度或时间而不断变化时,就不适用了。比如,玻壳生产中测量模具的温度时,随着模具使用时间的增长,表面逐渐氧化,以及玻璃对模具有腐蚀,其发射率的值也将随之发生变化。如果设置发射率ε=1来测量,从新模具到旧模具,在400℃时所测温度之差可达10～20℃,这将严重影响到成型的质量。为此,我们想到利用LAND公司SYS-TEM 3光纤温度计的通讯功能,通过程序对发射率进行适时补偿。

　　二、LAND SYSTEM 3温度计简介

　　LAND SYSTEM 3光纤温度计由光学探测器、光纤、信号转换器和LANDMARK X信号处理器(简称LMX处理器)四部分组成,如图1所示:

　　光学探测器将接受到的被测物体的辐射能通过光纤传输到转换器,转换器将辐射能转换成相应的电信号,然后由LMX处理器对该信号进行加工处理,成为与所测温度成正比的4～20mA或0～20mA的标准信号,用于显示和控制。

　　这套仪表的优点在于:光学探测器体积小,又与柔软的光纤连接。因此可以安装到尽可能靠近测量点的位置;电气部分则远离环境恶劣的测温现场,提高了仪表的可靠性。更重要的是,它的LMX处理器可以和任意一种LANDSYSTEM 3的温度计组合使用,组成高准确度的非接触温度测量系统。信号处理的全过程由功能强大的微处理器8032控制,可以保证实现高准确度的线性化和过程参数(仪表测量范围,发射率值,上、下限报警值,时间功能选择等)的设置功能,并可通过RS232C/RS422串行接口与计算机进行通讯。

　　三、发射率的修正

　　从斯蒂芬—波尔兹曼定律的数学表达式:

　　可知,黑体的全辐射功率Wb与其绝对温度T的四次方成正比,其中σ=5.67×·K4为黑体辐射常数。对于实际物体来说,

　　式中,ε为实际物体的发射率,它除了取决于物体的性质外,还与表面状态(表面粗糙度、氧化程度等)以及温度等因素有关。辐射测温仪表就是根据物体辐射功率与该物体温度之间的这种关系来测温的。由于各物体的发射率不同,使得不同的物体在同一温度下的全辐射功率并不一样,所以不能用一般物体的辐射对辐射温度计进行分度,而是选择黑体作为标准辐射源对辐射温度计进行分度。但这样测量到的辐射温度Tr与物体的真实温度之间就会存在差异: