輻射温度

radiation temperature

根據斯忒藩 - 玻爾茲曼定律，絕對黑體的輻射出射度與熱力學温度的 4 次方成正比，由此可確定物體的輻射温度。由於一般物體都不是黑體，其發射率總是小於 1的正數，故物體的輻射温度總是小於物體的實際温度，物體的發射率越小，其實際温度與輻射温度的偏離就越大。

真實温度又稱為動力學温度和熱力學温度。它是物質內部內部分子的平均熱能，是物體分子不規則傳遞能量的一種“內部表現形式”。真實温度主要通過儀器直接放在被測物體上測得。

輻射温度又稱為表現温度，除了上述這種內部現象外，物體還輻射能量，其輻射能量是物體能量狀態的一種外在表現形式。

由於ε(T)是小於 1的正數，因而實際物體的輻射温度總小於它的真實温度，即Tp<T。物體的總髮射率越小，其輻射温度偏離真實温度就越大。此外,實驗指出，在同一温度下，物體的總髮射率始終小於它的光譜發射率，由此，物體的輻射温度與表徵温度、亮度温度是一致的。

用斯忒藩一玻耳茲曼定律：

，其中，M為熱流密度，σ為斯忒藩一玻耳茲曼常數，T為輻射物體的熱力學温度。測得輻射出射度M(T)，就可以確定黑體温度。M(T)可用輻射高温計測量。它是利用熱電偶將單位發光面輻射的全部功率變為熱電流，此熱電流正比於M(T)，因此經校好刻度，即知温度T了 ^[2]  。對於非黑體，用上述方法測得的是輻射温度T_r，斯忒藩-玻耳茲曼公式要改寫為：

，其中，式中T為實際物體的温度；Tr為黑體的温度；K為非黑體平均發射本領，其值小於1。由此可見，物體的輻射温度小於其實際温度。K的數值通常隨温度增高而增大。只要知道非黑體的平均發射本領K，即可用前式由輻射温度Tr算出其實際温度T。根據實驗，在同一温度下，物體的輻射温度小於其亮度温度，而兩者又都小於物體的真實温度。輻射温度可用輻射高温計或輻射感温器進行測量 ^[3]  。

輻射温度計在連續非接觸式測温儀表中，是最古老、最簡單、最常用的高温計。

輻射温度計是基於被測物體的輻射熱效應進行工作的，因而，這種温度計有聚集被測物 體輻射能於感受元件的光學系統。這一系統通常採用反射鏡或透鏡增加射在感受元件上的 光能，以提高儀表的靈敏度。輻射温度計的優點是靈敏度高，堅固耐用，可測較低温度並能 自動顯示和記錄。缺點是對CO₂、水蒸汽很敏感，其示值受環境介質影響很大 ^[4]  。

利用物體的輻射能製成的輻射温度計具有非接觸性、快速測定和測定移動物體温度的功能。但也存在輻射率、雜聲和維護管理的問題，常用它測量鍋爐及周邊設備的温度。物體受熱後，會發出各種波長的輻射能。輻射能的大小，與受熱體温度的4次方成比例 ^[5]  。

在輻射温度計上能利用的波長範圍是從0.5～20μm的可見光和紅外線，其特徵如下：

(1) 熱傳導型檢測元件是熱感應型，響應時間稍慢。一般用於低温測定。

(2) 光電型檢測元件響應速度快。一般有幾個檢測元件，應根據使用條件，從測定範圍中選擇最合適的檢測元件。

(3) 雙色温度計是根據不同的兩種波長範圍的輻射亮度求出温度的方式。當視野不夠或有粉塵時，它的測定結果比單色強，但有時會產生混色誤差。

(4) 光高温計是在觀察者認為被測物體的亮度和燈泡燈絲的亮度一致時測定的温度。現場能進行簡易的較核，應用範圍較廣。

(5) 行走型輻射温度計既能測定一次 (線方向)，也能測定二次 (面方向) 的温度分佈 ^[6]  。

(1) 性能。有關標準規定的輻射温度計的性能： 測定範圍，測定精度，標準動作條件， 標準尺寸，再現性，分解能，響應時間等。根據使用條件和設置環境，與廠家協商後，選定 符合要求的測定波長，元件和範圍。

(2) 測定光路的外擾。燃燒生成物的H₂O、CO₂、CO、NO_X、粉塵和火焰等均是外擾因素。因此，應選擇避開燃燒生成物的吸收帶的波長。同時，也要防止火焰進入光路。

通過鍋爐窗玻璃也能測温，但玻璃材質不同，分光透過特性也不同。當測定波長為2μm 以下時，窗玻璃大多采用石英。

(3) 輻射屏蔽。減輕背光雜音的方法是設置輻射屏蔽。水冷方式存在水的管理和能量損失的問題，非水冷方式存在破損問題。

(4) 輻射率的影響。防止、緩和輻射影響的方法有： ①多波長測温；②空腔諧振器方 法；③參照輻射方法；④偏光方法等。

(5) 設置環境。輻射温度計是集光學、電子學於一身的精密儀器。當設置在條件惡劣的鍋爐房內時，應考慮温度、振動、塵埃、電磁感應等對它的影響。

(6) 定期檢查和校正。輻射温度計一般放置在水冷水套內，因此，必須對冷卻水量、温 度等進行日常管理，同時，還要定期對輻射温度計進行校正。同時採用標準輻射温度計檢測 或使用校正用黑體爐 ^[6]  。