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辐射温度计的工作原理


辐射温度计是依据物体辐射的能量来测量温度的仪表。根据辐射理论，任何物体只要不处于绝对零度(-273.15 ℃)，那么在其他任意温度下都存在热辐射。处于热平衡状态的黑体在半球方向的单色辐射出射度是波长和温度的函数。在一定的波长下，黑体的单色辐射出射度是温度的单值函数，可以通过某一波长下的单色辐射出射度的测量来得出黑体的温度。这就是辐射测温学的理论基础，黑体辐射的普朗克定律。在实际测量中，辐射温度计的单色器不可能是完全单色的。而且，探测器也要求获得一定光谱范围的辐射能量，否则由于所接收的能量很小而无法作出响应。同时，实际被测物体也不是黑体。测温时，将辐射温度计瞄准被测物体，辐射温度计的探测器接收到被测物体所辐射的能量，经信号处理电路转换为相应的电信号或进一步通过显示器直接显示出被测物体的温度值。根据以上辐射温度计的测温原理，可寻找出辐射能量的波长在[λ1，λ2]范围内的辐射源;辐射能量对应于黑体某一特定的温度，但是辐射源本身的温度并不等于此温度，辐射能量连续可调，输出的辐射能量较高。由于激光器发射对应于黑体在几千摄氏度高温时所发出的辐射温度计有效波段内的辐射能量时，激光器本身的温度是达不到几千摄氏度的，特别是用于校准的激光器功率较小，因此自身的温度很低。这样，激光器所发出的辐射能量就不受本身制造材料耐温性的限制。利用激光器的这一特点，选择工作波长在辐射温度计有效波长范围内的激光器，来模拟温度辐射在某一特定温度和辐射温度计有效波段内的黑体辐射能量，使辐射温度计所接收到的激光能量与此特定温度的黑体在辐射温度计有效波段内的辐射能量相等，把激光器的输出能量与特定温度联系起来，可取代常规校准过程中的黑体炉作为校准辐射温度计的辐射源。激光器的输出能量由标准激光功率计进行校准，标准激光功率计的标准值可通过测量电量的方法准确获得。用标准激光功率计作为标准器，校准激光器输出的辐射能量，此辐射能量与特定温度下辐射温度计所接收到的黑体辐射能量相等，从而将通常情况下校准辐射温度计的标准器由准确度高一等级的温度计改为标准激光功率计，由激光器代替黑体辐射源，实现了高温辐射温度计的校准，这就是激光能量法校准辐射温度计的基本原理。此激光器可称为激光辐射源。