[科普中国]-辐射温度计

辐射温度计属非接触式测温仪表，是基于物体的热辐射特性与温度之间的对应关系设计而成。其特点为：测温范围广，原理结构复杂；测量时，感温元件不与被测对象直接接触，不破坏被测对象的温度场；通常用来测定1000℃以上的移动、旋转或反应迅速的高温物体的温度或表面温度；但不能直接测被测对象的真实温度，且所测温度受物体发射率、中间介质和测量距离等因素影响。

简介我国的工业生产水平越来越高，发展脚步也越来越快，这对工业生产的各个环节提出的要求也就随之越来越高，尤其是在对生产设备的温度控制上，将温度控制在一个合理的范围之内，对于生产的产品质量和提高生产效率来说都是十分重要的。在我国当前的工业生产环节中，大部分的工艺流程都是在高温环境中完成的，但是这种环境下是无法进行人工接触测量温度的，只能依靠辐射温度计来完成。了解和掌握辐射温度计的工作原理和种类，是正确使用辐射温度计必要的前提和基础。1

辐射温度计的种类测温学说当中，依据温度传感器或温度计与被测温场之间的关系，测温的方法可以分为接触测温法和非接触测温法。在我国的目前的工业生产中，很多工艺流程都是处于无法进行接触性人工测温的高温环境中，所以非接触性的测温方式被广泛应用于我国各项工业生产当中。非接触测温法就是所谓的辐射测温法，而辐射温度计就是这种非接触而测温法具体实施的载体。辐射温度计主要包括三个种类：光学高温计、辐射高温计、色比温度计。这三种温度计都能够做到不直接接触被测物体，弥补因高温而造成的人工测温的局限性，是我国目前最广泛应用的温度计种类。

（1）光学高温计。光学高温计，它是根据物体单色辐射亮度跟随温度变化原理而制成的非接触式温度测量仪表。光学高温计运用的主要原理是普朗克公式。一般情况下，对于亮度的测量会使用平衡法来完成，就是用人的肉眼来比较被测主体的在一定温度下的灯泡亮度来判定被测主体当前的温度，灯丝的电流即是测量结果的主要参数，再将电流与温度上的刻度表进行对应比较，就是光学高温计的传统工作方式。这种传统的光学高温计的优势在于其结构简单、便于使用，可测量的范围较为宽泛，精度也较为准确，但是其缺点在于仅靠人的肉眼来进行比较，就容易造成测量数据的误差，所以新型的光学高温计采用光电敏感元件来代替人眼，数据准确性大大提高。

（2）辐射高温计。辐射高温计是根据物体在整个波长范围内的辐射能量与其温度之间的函数关系设计制造的。辐射高温计属于透镜聚焦式的感温器，运用热辐射效应的原理，聚焦在热敏元件上，继而转变成电参数，它可以依据测温的实际需要进行拆卸，并可形成被测物体的影像。辐射高温计属于相对简易的非接触性测温仪表，由于其运用热辐射原理工作，被广泛运用于冶金、机械、化学工业等领域，主要用于显示和自动调节被测温度。

（3）色比温度计。色比温度计是一种非接触式的红外温度计，主要根据被测物体发射出的颜色温度的红外辐射来进行测量。色比温度计测温的主要依据是被测主体发射的红外能量之比来实现温度测量的，其是将红外能量通过滤波器送到探头，再由探头转换成电信号，最后由温度计刻度显出。其常用的测温环境为 600-3000 摄氏度，常搭配观测管使用，有效减少周遭环境的干扰而获得较为精准的数据。1

辐射温度计的工作原理辐射温度计的工作原理是物体的热辐射与温度之间的对应关系决定的，主要涉及到的理论定律是黑体辐射定律，更为具体一点说则是运用了普朗克定律。在传统的观念中，对于物体温度的概念就是其热辐射的情况，然而实际上对于一定量的热辐射来说，其温度并不是固定值，所以依据热辐射来判断物体温度是极为不准确的。在辐射测温学说当中，为弥补热辐射测温的漏洞，就有了表观温度的概念，其主要包括亮度温度、辐射温度和颜色温度，三种辐射温度计也是依据这一概念产生的。

辐射温度计检定过程中注意的问题当前辐射温度计越来越广泛的应用于各行各业中，其测量结果的准确度对于相关工作能否顺利开展具有重要影响，因此对于辐射温度计的检定工作显得尤为重要。在辐射温度计的检定过程中要认真把握一些问题，以保证检定结果准确可靠。

通用技术条件的检查1、外观检查

被检温度计外观和说明书应符合以下要求：

（1）被检温度计上应标有型号规格、制造厂（或商标）和出厂编号；

（2）被检温度计上或说明书中应有测量范围视场和距离系数的数值，以及光谱范围信息；

（3）被检温度计的按键功能完好，指示屏显示正常，无可见缺损。

2、光学系统

以目视法检查光学系统是否清洁无损伤、是否有松动等现象、目视瞄准系统和辅助瞄准装置是否能正常引导测温场。

3、绝缘电阻

采用交流电源供电的被检温度计、电源端子、外壳与信号输出端子相互间的绝缘电阻均应大于20 MΩ。辐射温度计符合上述要求后方可进行检定。

检定温度点的选取通常在被检温度计的测温范围内均匀选取检定点，包括接近下限和上限的检定点。检定点接近均匀分布，一般为整百或整十摄氏度点。检定点在最大允许误差突变点附近时，应在最大允许误差较小的一侧选择接近突变点的检定点。也可根据用户要求增加检定点。多量程被检温度计的各量程视为不同温度计，按上述方法分别选取检定点。在相邻量程的重叠区，在较低量程和较高量程应选择相同检定点。

计量性能检定前的准备（1）根据说明书信息确定被检温度计的检定距离；

（2）根据说明书信息确认对辐射源直径的要求。说明书未直接给出此信息时，查出与检定距离相对应的视场直径，选用的黑体辐射源或面辐射源的直径一般应分别不小于被检温度计视场直径的1.4倍或1.7倍；

（3）根据检定点和被检温度计的技术指标选择计量标准；

（4）将被检温度计放置于检定环境中，通常不少于4h，初始温度与检定环境有较大差异的，应适当延长放置时间；

（5）被检温度计及其他所需仪器应按照规定的预热时间要求通电预热；

（6）将参考辐射温度计(如果使用)和被检辐射温度计的发射率设定值设为1。

瞄准要求按照检定距离的要求，将被检温度计安装在辐射源空腔前方的轴线延长线上，并瞄准辐射源中心。对于可调焦被检温度计，还应使其空腔底成像清晰，或聚焦在检定距离处。如果采用参考辐射温度计，参考和被检温度计应交替瞄准或以机械方式可重复的切换位置，并且还要考虑修正参考辐射温度计的校准条件与使用条件的差异对检定结果的影响。

固有误差的检定调整辐射源设定值，使稳定后的辐射源量值与检定点的偏差不超过被检温度计最大允许误差的两倍。如果被检温度计在辐射源照射初期示值有漂移现象，对于手持式被检温度计，每次读数前应先用遮光板遮挡辐射源不少于30s，并在移开遮光板，并启动测量后的若干秒（一般为响应时间的三倍）后读数；对于固定安装式被检温度计，应在示值相对稳定后读数，如果说明书有明，按使用说明进行操作。若辐射源稳定性足够好，则可依次检定多个被检温度计。其他检定点的测量按照上述步骤重复进行即可。

重复性检定辐射源在重复性检定点稳定后，使被检温度计瞄准辐射源，用遮光版在被检温度计前遮挡不少于30s后移开遮光板，记录数据。重复上述测量过程，共进行10次测量。对于手持式被检温度计，应在移开被检温度计前的遮光板并启动测量后的几秒后读数；对于固定安装式被检温度计，应在移开遮光板后示值相对稳定后读数。如果说明书有明确要求，按使用说明进行操作。1

辐射温度计在工业生产中的应用辐射温度计在现代工业生产中的应用较为广泛，尤其是冶金、铸造、医疗、食品等行业，但是由于其所运用的测温原理较为复杂，能够熟练使用它的人也比较少，这就需要企业工作人员进一步去了解辐射温度计的原理及工作方式，发挥其最大的有效使用价值。首先，就是要依据生产的实际要求来选择合适的辐射温度计的种类。每一种辐射温度计所使用的范围都不一样，并且都存在一个最适宜的温度范围，一旦用于这个范围以外的温度环境当中，就会对其测温的精准度产生或多或少的影响，对工业生产效率与产品质量造成影响。比如医疗领域所运用的红外体温计的测温环境就与冶金行业的温度环境相差巨大，二者所使用的辐射温度计种类就完全不同，错误使用会造成严重的数据失真。所以使用者必须明确辐射温度计的具体使用范围，选择正确的辐射温度计类型。其次，还要注意使用辐射温度计与被测物体之间的距离，选取最优的距离进行测温会更有利于获得精准的温度数据。这个距离的确定要综合考虑被测物体的尺寸影响因素和测量人员的人身安全因素，在进行测温的同时也要保证该距离不会对人的身体健康产生影响。最后，还应注意测温环境的影响作用。测温现场如果粉尘等影响因素较大，则需要提前进行环境清理，以创造一个无客观干扰和阻碍的测温环境。2

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学