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1、第31卷第1期物理实验Vol.31No.12011年1月PHYSICSEXPERIMENTATIONJan.,2011双波长高精度红外测温仪陆文强,陈靖,王铮,徐音,郑建亚,孙骞,高立模,谭成章(南开大学物理科学学院物理实验教学中心,天津300071)摘要:利用双波长红外测温方法,通过黑体红外辐射曲线中双波长等比吸收的原理消除了由于辐射环境中水蒸气等外界吸收原因造成的单波长红外测温仪中的测量误差,实现更稳定的高精度红外测温.该方法绕开了传统红外测温方法中辐射率修正困难
2、的问题.同时利用此红外测温仪器改进了金属钨电子逸出功测量实验.关键词:红外测温;双波长;辐射率修正中图分类号:TN215文献标识码:A文章编号:10054642(2011)01001604测对象的材料、表面状态、波长,温度以及辐射条1引言件、环境因素等均有复杂的关系,因此,用户很难红外测温方法属于一种非接触式测温方法,准确地确定(,T)的数值,这就是使用传统红外[2]该方法通过检测物体表面发射的能量来测量温测温仪测温遇到的辐射率修正困难.度,具有测温范围广、响应速度快和不明显破坏测[3]曹柏林等人分析了
3、传统红外测温仪的测温温场等特点,被广泛应用于工业各个方面,因此,方法在理论上的缺陷,根据替代法原理,先用实验红外测温仪的研制也层出不穷.红外测温方法是方法找出被测对象(某具体物体,不是黑体)的热[1]以黑体辐射理论为基础的.黑体是个理想化的辐射规律,再利用该规律来测温,避开了传统红外物理模型,而自然界中实际存在的物体(测温对测温必须要提前获知各种物体的辐射率修正函象),其吸收能力及辐射能力都比黑体小,称为灰数(,T)的问题,从实验数据总结中获得经验体.灰体的光谱辐射能量为:公式的各个参量,即定标,应用于现场温度监控或E
4、(,T)=(,T)E0(,T)=测温,实现了高精度红外测温的目的.在其新型-5C/T-1(,T)C1(e2-1),(1)红外测温仪中,利用了单波长窄带滤波红外测温式中E0(,T)为黑体发射的光谱辐射通量密度,新方法实现了高精度测量,并发现在东南大学潘-2-1-12单位为W!cm!m;C1=3.74∀10W!人培教授的金属(钨)电子逸出功的测定实验2cm,称为第一辐射常量;C2=1.44cm!K,称为中由于忽略了由板流引起的阴极灯丝温度下降第二辐射常量;为光谱辐射时的波长,单位为(因为电子从阴极发射要克服逸出
5、功),存在着大[4]m;T为黑体的绝对温度,单位为K;(,T)为被约-1.86%的系统相对误差.单波长窄带滤波测物体温度为T、辐射波长为时的辐射率红外测温方法存在着一个问题,就是对周围环境0<(,T)#1.因素吸收,如水蒸气,有很高的依赖性,从而影响传统的红外测温仪,一律按黑体的热辐射定其测温的准确性.为了克服这个问题,本文中,在律来设计,即假设仪器接收到的热辐射与E0(,单波长窄带滤波红外测温仪的基础上设计了双波T)成比例,但红外测温仪实际接收到的热辐射长滤波红外测温仪,利用黑体辐射曲线中相邻2是与E(,T)成比
6、例的.因此,在使用红外测温仪个波长对应的能量等比吸收的原理,在保证红外时,必须求出被测物体的辐射率(,T)数值,即测温高精度测量的基础上,克服了环境对物体发进行辐射率修正.遗憾的是,辐射率(,T)与被射红外线吸收造成的测量误差.第6届全国高等学校物理实验教学研讨会论文收稿日期:20100805基金项目:国家基础科学人才培养基金项目资助(南开大学物理学基地)(No.J0730315)作者简介:陆文强(1975-),男,河北安平人,南开大学物理科学学院副教授,博士,主要从事近代物理实验教学工作.第1期
7、陆文强,等:双波长高精度红外测温仪17了由于外界水蒸气等吸收因素造成的测量误差,2实验原理能更稳定地实现高精度测量.[5]在经典近似情况下,C2/(T)1,在红外在(4)式中分别取1和2,则测温仪的测温范围内满足此条件.Plank公式可E1(T)=A1(1)exp[B1(1)/T],(5)近似简化为Wien公式E2(T)=A2(2)exp[B2(2)/T],(6)-5E0(,T)=C1exp(-C2/T),(2)(5)式与(6)式相比得如果把波长取为定值(加窄带滤波片)0,则(2)E1(T)
8、X==Aexp(B/T),(7)E2(T)式只与温度有关,可改写为A1(1)E0(T)=A0exp(B0/T),(3)其中A=,B=B1(1)-B2(2).A2(2)-5其中,A0=C1,B0=-C2/.显然,(3)式是因此,只要利用实验数据拟合确定
