比色光纤测温仪设计（控制部分）【文献综述】

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1、毕业设计文献综述电气工程及其自动化比色光纤测温仪设计（控制部分）前言温度是冶金、钢铁、建筑材料、化工等众多行业确保顺利生产和进行质量控制的重要参数,因此国内外都投入很大力量研究和改进测温技术。[7]由于在一些易燃易爆、强电磁干扰、强腐蚀、空间狭小、直接瞄准有困难的场合,传统的热电偶法和光学高温计难以胜任,因此光纤高温计的研究受到了广泛的重视。比色光纤高温计在一定程度上还能克服高温物体的辐射及少量烟雾、水汽和粉尘的影响。它的应用减少了铂铑等贵金属的消耗,解决了许多常规测温方法不能解决的测温难题,因此成为竞相

2、研究的课题之一。[5]比色光纤温度计（也叫双色温度计）是通过测量两个波长的单色辐射亮度之比值来确定物体温度的仪表。属于非接触式温度传感器。根据黑体辐射基本定律的维恩公式，温度为T的黑体,对应波长为λ1和λ2的光谱辐射亮度之比R可用下式表示：该式即为比色温度计的分度公式。当黑体的两个波长λ1和λ2的辐射亮度之比等于实际物体的相应亮度比时，黑体的温度就称为实际物体的比色温度。[1]对于绝对黑体和灰体，比色温度即为真实温度。对于不满足绝对黑体和灰体辐射条件的实际物体还应采用修正方法来求出真实温度。主题本次设计是

3、用于高温铸造炉温度的检测。高温铸造炉常年工作在1500℃以上的高温环境，内部环境恶劣，但是对于温度的精确控制要求较高，所以需要一个精确度高，抗干扰强的温度测量仪器来进行测量监控，并及时的反应当前的详细温度来加以控制炉温。工业上常用的热电偶测温仪它的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某

4、个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表;分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。[3]热电偶传感器有自己的优点和缺陷，它灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，并且他的工作端要与原料接触，而原来的温度都非常

5、的高，对于热电偶的损耗很大，保养也很麻烦。如果利用热电偶测温,将热电偶固定在原料棒表面,原料首先与热电偶发生能量交换,从而难以测量到试样的真实温度。采用比色光纤温度计测温是比较可行的方法,它适合于1500℃以上炉温的非接触式测温,响应快,并可与仪表组合成温度测控系统,实现对炉温的自动控制。光纤挠性好、透光谱段宽、传输损耗低,无论是就地使用或远传均十分方便,而且光纤直径小,可以单根、成束、Y型或阵列方式使用,结构布置简单且体积小。[1]因此,作为温度计适用的检测对象几乎无所不包,可用于其他温度计难以应用的特

6、殊场合,如密封、高电压、强磁场、核辐射、严格防爆、防水、防腐、特小空间或特小工件等。比色光纤温度计属于辐射式测温，辐射式测温仪表是目前冶金行业高温测量中应用广泛的一种仪表，主要应用于冶炼、铸造、轧制、热处理及耐火材料等生产工序中。物理学中，当任何物体处于绝对零度以上时，因其内部带电粒子的运动，都会以一定波长电磁波的形式向外辐射能量，但这种能量随温度变化按一定趋势变化。辐射式测温仪表就是利用物体的辐射能量随其温度而变化的原理制成的。在测量时，只需把温度计光学接收系统对准被测物体（不必与物体接触），即可测量运

7、动物体的温度，而不会破坏物体的温度场。由于测温仪感温元件具有接收辐射能而不必达到被测物体温度的特性，从理论上讲测量的物理性是没有限制的，测量工序中高温是可行的。[4]辐射式温度计由辐射感温器和显示仪表两部分组成，它用来测量400-2000℃的高温，近来随着红外技术的发展，测温的下限己达到常温区，大大扩展了辐射式测温方法的使用范围。比色式辐射测温是通过测量物体两个波段上的辐射亮度，并根据它们的比值来确定被测物体温度的。光纤辐射式测温属一种非接触式测温。其理论源于黑体辐射能量分布的普朗克定理。根据普朗克公式有

8、式中：—绝对黑体发射的光谱辐射通量密度；CI、C2一普朗克第一、第二辐射常数；一黑体辐射波长，T—绝对黑体热力学温度。一般物体均为非黑体，所以色温是指绝对黑体在这个温度下，其窄波和内的辐射亮度之比与被测物体在这两波段内的辐射亮度之比相等。[11]即式中：和——被测物体在和范围内的平均发射率；和—单色光谱辐射亮度。在实际中受环境等各种因素的影响，精确测量具有较大困难。这就是单色法测量误差大的主要原因。若利用不同波长的滤光片，取出