光學(xué)高溫計(jì)和光電比色高溫計(jì)都屬于非接觸測(cè)溫的儀表，昌暉儀表在本文對(duì)光學(xué)高溫計(jì)和光電比色高溫計(jì)工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)做科普介紹。

光學(xué)高溫計(jì)是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的非接觸式溫度計(jì)之一。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，測(cè)溫范圍廣(700-3200℃)，一般可滿足工業(yè)測(cè)溫的準(zhǔn)確度要求。光學(xué)高溫計(jì)目前廣泛用于高溫熔體、爐窯的溫度測(cè)量，是冶金、陶瓷等工業(yè)部門十分重要的高溫儀表。光學(xué)高溫計(jì)是利用受熱物體的單色輻射強(qiáng)度隨溫度升高而增加的原理制成的，由于采用單一波長(zhǎng)進(jìn)行亮度比較，因而也稱單色輻射溫度計(jì)。物體在高溫下會(huì)發(fā)光，也就具有一定的亮度，物體的亮度與其輻射強(qiáng)度成正比，所以受熱物體的亮度大小反映了物體的溫度。通常先得到被測(cè)物體的亮度溫度，然后轉(zhuǎn)化為物體的真實(shí)溫度。

光學(xué)高溫計(jì)的缺點(diǎn)是以人眼觀察，并需用手動(dòng)平衡，因此不能實(shí)現(xiàn)快速測(cè)量和自動(dòng)記錄，且測(cè)量結(jié)果帶有主觀性。最近，由于光電探測(cè)器、干涉濾光片及單色器的發(fā)展，使光學(xué)高溫計(jì)在工業(yè)測(cè)量中的地位逐漸下降，正在被較靈敏、準(zhǔn)確的光電高溫計(jì)所代替。光電高溫計(jì)是在光學(xué)高溫計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，用光敏元件代替人眼，實(shí)現(xiàn)光電自動(dòng)測(cè)量。

說(shuō)明：1為物鏡；2為平行平面玻璃；3為光欄；4為光導(dǎo)棒；5為瞄準(zhǔn)反射鏡；6為分光鏡；7、9為濾光片；8、10為硅光電池；11為圓柱反射鏡；12為目鏡；13為棱鏡；14、15為負(fù)載電阻；16為可逆電動(dòng)機(jī)；17為放大鏡
圖1  光電比色高溫計(jì)的原理結(jié)構(gòu)圖

這里以比色高溫計(jì)為例，介紹光電高溫計(jì)的工作原理。圖1為光電比色高溫計(jì)的原理結(jié)構(gòu)圖。被測(cè)對(duì)象經(jīng)物鏡1成像，經(jīng)光欄3與光導(dǎo)棒4投射到分光鏡6上，使長(zhǎng)波(紅外線)輻射線透過(guò) ，而使短波(可見(jiàn)光)部分反射。透過(guò)分光鏡的輻射線再經(jīng)濾光片9將殘余的短波濾去后被紅外光電元件(硅光電池)10接收，轉(zhuǎn)換成電量輸出。

由分光鏡反射的短波輻射線經(jīng)濾波片7將長(zhǎng)波濾去，而被可見(jiàn)光硅光電池8接收，轉(zhuǎn)換成與波長(zhǎng)亮度成函數(shù)關(guān)系的電量輸出。將這兩個(gè)電信號(hào)輸入自動(dòng)平衡顯示紀(jì)錄儀進(jìn)行比較得出光電信號(hào)比，即可讀出被測(cè)對(duì)象的溫度值。光欄3前的平行平面玻璃2將一部分光線反射到瞄準(zhǔn)反射鏡5上，再經(jīng)圓柱反射鏡11、目鏡12和棱鏡13，就能從觀察系統(tǒng)中看到被測(cè)對(duì)象的狀態(tài)，以便校準(zhǔn)儀器的位置。

設(shè)長(zhǎng)波(紅外線)波長(zhǎng)為λ1，短波波長(zhǎng)為λ2，光譜發(fā)射率分別為ελ1和ελ2，根據(jù)普朗克定律，兩種波長(zhǎng)的輻射能量為

兩種波長(zhǎng)下輻射能量之比為

由上式可見(jiàn)，如果波長(zhǎng)λ1和λ2一定，且已知相應(yīng)波長(zhǎng)下的ελ1和ελ2，則兩波長(zhǎng)輻射能量之比與其熱力學(xué)溫度之間成單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，只要測(cè)出輻射能量之比就可以求得溫度T。

比色高溫計(jì)是按照黑度刻度的，用這種刻度的高溫計(jì)去測(cè)量實(shí)際物體，所得到的溫度示值為被測(cè)物體的“顏色溫度”。若黑體在λ1和λ2兩種波長(zhǎng)下，在溫度為TS時(shí)的輻射能量之比和實(shí)際物體在溫度T時(shí)的輻射能量之比相等，則TS為該物體的“顏色溫度”，二者之間存在以下關(guān)系

公式中TS為比色高溫計(jì)的讀數(shù)；T為實(shí)際溫度，根據(jù)λ1、λ2、ελ1、ελ2和TS可以通過(guò)讀數(shù)求出被測(cè)物體的實(shí)際溫度。

這種高溫計(jì)屬非接觸測(cè)量，量程為800-2000℃，精度為0.5，響應(yīng)速度由光電元件及二次儀表記錄速度而定。其優(yōu)點(diǎn)是測(cè)溫準(zhǔn)確度高，反應(yīng)速度快，測(cè)量范圍寬，可測(cè)目標(biāo)小，測(cè)量溫度更接近真實(shí)溫度，環(huán)境的粉塵、水汽、煙霧等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響小，可用于冶金、水泥、玻璃等工業(yè)領(lǐng)域。

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