表面高温计简介

在防热材料烧蚀试验中,材料表面浸渍在高压、高温的气流中,表面上所发生的现象几乎都和表面温度有关,表面温度的测量精度严重地影响理论计算和试验结果的分析。由于烧蚀环境的复杂性,一般只能采用非接触的辐射学方法来测量材料表面温度。最常用的,如比色法、亮温法等,但这些方法只能给出色温、亮温,和材料表面真实温度的差值随材料表面辐射特性的不同而不同。

材料表面的辐射特性是材料表面温度、材料表面的化学成份、物理特性、以及所处的环境的函数。因此,它既很难测量,而且测量值没有通用性。这就要求在测量材料表面温度的同时测出材料表面的辐射特性。

七波长高温计是MSTC一E16多光谱高温计的组成部分之一。图1给出了七波长高温计的原理方框图。

卡塞格林望远镜将材料表面成象在入射小孔盘(2)上。人射小孔盘圆周上加工有六个小孔,最小的有效直径为0.82毫米。选择小孔就可以限制被测表面元的大小。进人小孔的辐射经镜(3)准直,通过干涉滤光片组(4)、减光玻璃`片(5),达到GDB一239型光电倍增管(6)的阴极灵敏面上。干涉滤光片组(4)装在转盘的圆周上,转盘用同步电机驱动。滤光片的峰值波长为4970埃、5990埃、6510埃、6990埃、5010埃、名990埃、9978埃。减光玻璃片(5)采用与被测对象的光谱分布、光电倍增管的光谱灵敏度相匹配的玻璃片,既起到了压缩光电倍增管阳极输出的动态范围,也起到了使光电倍增管运行在线性区的作用。与原论证方案中采用对数放大器相比,还提高了系统精度。因为对数放大器受对数元件的影响,目前只能达到1%的精度。光电倍增管输出的讯号经前置放大、主放大,最后由电子示波器显示,照相机拍照记录。

这台高温计的讯号周期为10毫秒,它隐含着一个假设,即在10毫秒内,材料表面温度和辐射特性是不变的。测量结果证明,这个假设是正确的。当烧蚀处于稳态时,周期间的讯号变化不大。 2100433B

高温计原理

根据热辐射的斯忒藩－玻耳兹曼定律制成的高温计。

辐射高温计有折射式和反射式两种。

折射式辐射高温计接受器通常用热电堆组成，热端收集辐射能，冷端为室温。测量时通过目镜瞄准待测的物体，使物体的像正好落在接受器的“ ”形铂片上。

电表指示出接受器的温升，通常的分度标示为黑体辐射温度值Tp。这种高温计的主要缺点是：因物镜聚焦时有色差, 只能使一部分辐射能聚焦到接受器上而引起误差。

反射式高温计是利用凹面镜将辐射能量聚焦到接受器上而进行测量的。

结构与折射式高温计大致相同。这种高温计虽然避免了透镜存在色差所引起的误差，但因空腔敞开，灰尘容易进入腔内而需要更好地维护。

高温计应用

辐射高温计的测温范围及性能与光学高温计的相同。

辐射高温计的测量误差主要来源于：

①中间媒质（如大气等）的选择吸收作用，使达到接受器的辐射能量中红外部分损失较多；

②没有按规定的热源到高温计的距离进行测量（通常每种辐射高温计对于被观测面面积的直径与高温计透镜间的距离都规定了比值）；

③各种高温计中接受器的选择吸收特性不同，致使光谱发射率偏离选取值；④热电堆冷热端温度的改变、仪表的误差等。2100433B

又称比率高温计或双色高温计，是测量物体色温度的高温计。

当非黑体的两个确定波长λ1和λ2的光谱辐射度之比L(λ1)/L(λ2)等于某一温度下黑体的同样两个波长的光谱辐射度之比时，则黑体的温度就称为此非黑体的色温度。

比色高温计的测量范围为800～2 000℃，测量精度可接近量程上限的±1%。比色高温计的优点是测量的色温度值很接近真实温度。在有烟雾、灰尘或水蒸气等环境中使用时,由于这些媒质对λ1及λ2的光波吸收特性差别不大，所以由媒质吸收所引起的误差很小。

对于光谱发射率与波长无关的物体（灰体）可直接测出其真实温度。上述优点都是其他类型的光测高温计所没有的。色温度的温标是由亮度温度确定的，因而比色高温计的测量精度比光电高温计的差；但由于比色高温计使用方便，在冶金和其他工业中的应用仍较广泛。

另一种是光电高温计，它的基本原理与光学高温计相同。它们的主要差别是光电高温计用光电转换器件代替人眼比较亮度，因而测量结果不受人的主观因素的影响。有的光电高温计还采用光电倍增管作为转换器件,从而大大提高了仪器的灵敏度，并可以进行连续测量和自动记录。

有些光电高温计还采用干涉滤光片代替红色滤光片，从而提高了工作波长λ的精度。精密光电高温计已作为基准高温计使用，利用它复现“1968年国际实用温标”中高于1064.43℃的温度。