輻射溫度

為使理想的黑體具有與給定的熱輻射源同樣的輻射功率所必須加熱到的溫度。

根據發光面的輻射出射度(即功率密度)估計其實際溫度的物理量，等於有同樣輻射出射度的黑體的溫度。熾熱物體，尤其是遙遠、高溫物體的溫度不易直接測定，但對於黑體輻射與溫度之間的關係已有較透徹的研究，得到了一系列的黑體輻射定律，利用其中任何一個定律可確定黑體的溫度。

假設溫度之一。若實際物體的總輻射亮度 (包括全部波長) 與絕對黑體的總輻射亮度相等，則黑體的溫度稱為實際物體的輻射溫度。

基本介紹

• 中文名：輻射溫度
• 外文名：radiation temperature
• 性質：假設溫度
• 本質：以發光面功率密度估計其實際溫度
• 別稱：表現溫度
• 測量儀器：輻射高溫計或輻射感溫器

簡介

radiation temperature

根據斯忒藩 - 玻爾茲曼定律，絕對黑體的輻射出射度與熱力學溫度的 4 次方成正比，由此可確定物體的輻射溫度。由於一般物體都不是黑體，其發射率總是小於 1的正數，故物體的輻射溫度總是小於物體的實際溫度，物體的發射率越小，其實際溫度與輻射溫度的偏離就越大。

真實溫度又稱為動力學溫度和熱力學溫度。它是物質內部內部分子的平均熱能，是物體分子不規則傳遞能量的一種“內部表現形式”。真實溫度主要通過儀器直接放在被測物體上測得。

輻射溫度又稱為表現溫度，除了上述這種內部現象外，物體還輻射能量，其輻射能量是物體能量狀態的一種外在表現形式。

由於ε(T)是小於 1的正數，因而實際物體的輻射溫度總小於它的真實溫度，即Tp<T。物體的總發射率越小，其輻射溫度偏離真實溫度就越大。此外,實驗指出，在同一溫度下，物體的總發射率始終小於它的光譜發射率，由此，物體的輻射溫度與表征溫度、亮度溫度是一致的。

定義式

用斯忒藩一玻耳茲曼定律：，其中，M為熱流密度，σ為斯忒藩一玻耳茲曼常數，T為輻射物體的熱力學溫度。測得輻射出射度M(T)，就可以確定黑體溫度。M(T)可用輻射高溫計測量。它是利用熱電偶將單位發光面輻射的全部功率變為熱電流，此熱電流正比於M(T)，因此經校好刻度，即知溫度T了。對於非黑體，用上述方法測得的是輻射溫度T_r，斯忒藩-玻耳茲曼公式要改寫為：，其中，式中T為實際物體的溫度；Tr為黑體的溫度；K為非黑體平均發射本領，其值小於1。由此可見，物體的輻射溫度小於其實際溫度。K的數值通常隨溫度增高而增大。只要知道非黑體的平均發射本領K，即可用前式由輻射溫度Tr算出其實際溫度T。根據實驗，在同一溫度下，物體的輻射溫度小於其亮度溫度，而兩者又都小於物體的真實溫度。輻射溫度可用輻射高溫計或輻射感溫器進行測量。

輻射溫度計

輻射溫度計在連續非接觸式測溫儀表中，是最古老、最簡單、最常用的高溫計。

輻射溫度計是基於被測物體的輻射熱效應進行工作的，因而，這種溫度計有聚集被測物 體輻射能於感受元件的光學系統。這一系統通常採用反射鏡或透鏡增加射在感受元件上的 光能，以提高儀表的靈敏度。輻射溫度計的優點是靈敏度高，堅固耐用，可測較低溫度並能 自動顯示和記錄。缺點是對CO₂、水蒸汽很敏感，其示值受環境介質影響很大。

利用物體的輻射能製成的輻射溫度計具有非接觸性、快速測定和測定移動物體溫度的功能。但也存在輻射率、雜聲和維護管理的問題，常用它測量鍋爐及周邊設備的溫度。物體受熱後，會發出各種波長的輻射能。輻射能的大小，與受熱體溫度的4次方成比例。

輻射溫度計的特徵

在輻射溫度計上能利用的波長範圍是從0.5～20μm的可見光和紅外線，其特徵如下：

(1) 熱傳導型檢測元件是熱感應型，回響時間稍慢。一般用於低溫測定。

(2) 光電型檢測元件回響速度快。一般有幾個檢測元件，應根據使用條件，從測定範圍中選擇最合適的檢測元件。

(3) 雙色溫度計是根據不同的兩種波長範圍的輻射亮度求出溫度的方式。當視野不夠或有粉塵時，它的測定結果比單色強，但有時會產生混色誤差。

(4) 光高溫計是在觀察者認為被測物體的亮度和燈泡燈絲的亮度一致時測定的溫度。現場能進行簡易的較核，套用範圍較廣。

(5) 行走型輻射溫度計既能測定一次 (線方向)，也能測定二次 (面方向) 的溫度分布。

輻射溫度計的種類

使用時的注意事項

(1) 性能。有關標準規定的輻射溫度計的性能： 測定範圍，測定精度，標準動作條件， 標準尺寸，再現性，分解能，回響時間等。根據使用條件和設定環境，與廠家協商後，選定 符合要求的測定波長，元件和範圍。

(2) 測定光路的外擾。燃燒生成物的H₂O、CO₂、CO、NO_X、粉塵和火焰等均是外擾因素。因此，應選擇避開燃燒生成物的吸收帶的波長。同時，也要防止火焰進入光路。

通過鍋爐窗玻璃也能測溫，但玻璃材質不同，分光透過特性也不同。當測定波長為2μm 以下時，窗玻璃大多採用石英。

(3) 輻射禁止。減輕背光雜音的方法是設定輻射禁止。水冷方式存在水的管理和能量損失的問題，非水冷方式存在破損問題。

非水冷方式輻射禁止

水冷方式輻射禁止

(4) 輻射率的影響。防止、緩和輻射影響的方法有： ①多波長測溫；②空腔諧振器方 法；③參照輻射方法；④偏光方法等。

(5) 設定環境。輻射溫度計是集光學、電子學於一身的精密儀器。當設定在條件惡劣的鍋爐房內時，應考慮溫度、振動、塵埃、電磁感應等對它的影響。

(6) 定期檢查和校正。輻射溫度計一般放置在水冷水套內，因此，必須對冷卻水量、溫 度等進行日常管理，同時，還要定期對輻射溫度計進行校正。同時採用標準輻射溫度計檢測 或使用校正用黑體爐。