资源描述：
《亮度式光纤高温测量仪的研制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、自动化与仪器仪表ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO2001年第5期(总第97期) 文章编号:1001-9227(2001)05-0055-03亮度式光纤高温测量仪的研制胡艳玲 王兴英(燕山大学电气工程学院 秦皇岛,066004) 摘 要:阐述了光谱辐射测温的基本原理,介绍了亮度式光纤高温测量传感器的基本组成及其特点。关键词:光纤 温度测量 辐射ABSTRACT:Thispaperpresentstemperature-measuringtheoremwithspectrumradiationandintro2
2、ducesthebasiccomponentsandcharacteristicsofbrightnesstypeopticalfibersensorforhigh-temperaturemeasurement.KEYWORDS:OpticalfiberTemperaturemeasuringRadiation中图分类号:TH831文献标识码:B式中,w0(λ,T)———黑体的辐出度;0 引 言λ———波长;随着科学技术的发展,对温度的测量尤其是高C1、C2———第一、第二辐射常数;温的检测提出了越来越高的要求。传统的测量方
3、T———黑体温度;法,如热电偶、辐射式温度计、光学高温计等均不能w(λ,T)———非黑体的辐出度;满足在金属加工过程中或具有强腐蚀、强电磁干扰ελ———物体材料的辐射系数。的环境中对高温测量的要求,而光纤测量由于具有由公式(1)、(2)可知,选定某一波长,则被测物体积小、重量轻、可挠、抗电磁干扰、防爆防燃等特体的辐出度是温度的单值函数,只要测出某一波长点,可满足冶金、化工、电力、建材等诸多领域对温度λ下的辐出度,即可确定该物体的亮度温度T。在低测量的要求。本文介绍的亮度式光纤高温测量仪测温与短波下,C2/λTm1,则普朗克公
4、式可简化为维恩量范围为800℃～2000℃,分辨率为1℃,测量精度公式:C为±5‰。2-5-W0(λ,T)=C1λeλT(3)C2W(λ,T)=ελC1λ-5e-λT(4)1 测量原理物体由于分子热扰动而发生红外辐射,这种扰将公式(3)、(4)两边取对数,经整理有:动随着物体温度的升高而加剧,随着温度降低而减1-1=λln1(5)TLTC2ελ弱。当温度高于绝对温度(T>0O)时,物体向外发式中:T———实际物体的真实温度,单位K;出辐射,辐射能力的大小与温度、物体材料的辐射系TL———黑体温度,即实际物体的亮度温数有关。根
5、据普朗克定理有:度,单位K。-5C2-1W0(λ,T)=C1λ[exp(-1)](1)可见,当物体的光谱发射率ελ已知时,则可通λTC2过测量物体的亮度温度TL,由式(5)计算出物体的-5-1W(λ,T)=ελC1λ[exp(-1)](2)λT真实温度T。55前置器由中心波长为0.6μm的窄带干涉滤光片和2 系统组成光探测器组成,实现温度信号的单色测量,并将表示[2]如图1所示,测温仪系统主要由光纤探头、前置温度的光信号转换为电信号。光探测器采用PIN器、信号处理与显示的二次仪表组成。探头、光纤在光电管并与放大器构成为一个组
6、件,具有抗环境温测温现场,通过长电缆与信号处理显示等二次仪表度变化能力强、输出阻抗低、I/V转换线性的特点。相连。2.3 二次仪表二次仪表对光探测器的输出电压进行线性化处理,并进行仪表的量程、灵敏度调节,最后将被测温度值以数字形式输出。2.3.1 线性化器2.1 光纤探头由公式(1)可知,在单色辐射温度测量中,在波如图2所示,光纤探头[1]主要由合金铝套筒1、长λ一定的条件下,辐射通量密度与被测温度是指耦合透镜2、光纤3、合金套筒4等组成。光纤与物数关系,因此需对光探测器的输出信号作线性化处镜等组成的探头,按一定的视场范围和
7、角度接收被理,以获得比较理想的V-T线性关系。线性化电测目标的辐射通量,会聚耦合进入光纤。以感温光路框图如图3所示,电路的传输公式为:纤为主的测量探头是保证仪表性能指标的重要参VinVout=-kln(6)Vref数,本系统中,采用多组份多模玻璃光纤,数值孔径式中:Vin———输入电压(光探测器的输出电NA为0.56。压);Vref———参考电压;Vout———输出电压;k———电路的传输系数。2.2 前置器光纤探头收集的热辐射由光纤传输到前置器,2.3.2 性能调节电路 包括峰值保持电路ε,修正电路,灵敏度、零点、量率差
8、异很大,因此需设置ε修正电路,以修正辐射率程调节电路。峰值保持电路为了对瞬时变化温度的变化所造成的测量误差。电路原理图如图4所示。分析和记录而设置。不同物体在同一波长下其辐射(下转第59页)56有效转动力矩,也防止了摩擦发生。制功能页的处理周期由500ms修改到100ms,缩短(4) 为了
