2021/9/24 @ 第三章 各种物理量的测试计量 @3.4温度计量测试 一、温度的薇念 第1节时间频率计量测试 安现派念：冷热程度的体现，即热的物体湿度高，冷的物体温度低 第2节电磁学计量测试 撒观振念：大量分子运动的平均动能的体现，即分子运动雄别烈温 度放城高。 第3节电子计量测试 定量新含：温度是表征淋平衡系统神热程度的物理量，一切互为热 平衡的系统都具有相同的温度。 第节温度计量测试 热力擎第得定神（温度存在定 )：两个热力学系毓分别与第三个 第5节光学计量测试 热力学系统处于平衡态，则两个热力 学系统棱此必座处于热平衡。 第6节其他计量测试 热力学第零定律的置要性在于它 几何、力学、声学、电离福射、物质的量) 给出了温度定义的落础（密观的特性） ”6 和温度的测量方法（热平衡）。 票为学第零定株都意图 电子样航大争自样化工恒学院 干科钱天学自始化三植年他一 @ 二、温标 ⊙ 温标（即温度的“标尺”、“标准”）是温度量值的表示法。 热力学温标：理论通标 首先用纯物质的三相点、沸点、超固点和超导转变点等作为温度计量的 英国开尔文提出以热力学第二定律为基础。与持定的物质性质无关， 固定点（基准点包，并慰予一个确定的温度：然后选择随温度呈线性一定 以水的三相点为基准(273.16K,具有稳定性.唯一性、复现性和客观性 函数关系的物理参量作为昌度指示的标志， 热力学温标以卡诺循环为基础：一个工作于恒温热游与怕温冷源之问 温标三要素：固定点、测温物质、内插公式 华氏温标：最早的公认湿标 选用水的三相点作为基本固定点，得到热力学温标 水的冰点为32下，水的点212,中间10等分（德回华林海特，1714年） 列氏温标： T=273.16K 水的冰点为R',水的洗点为0R',中间0等分（法国，列奥爆尔，730年） 摄氏温标：亦稼“百分温标 水的冰点为0℃，水的沸点为10F℃，中间100等分（瑞典，费尔萨重。742年） 国温标(TS-90) S90就是热力学温标 「=1.8t+32 经验通标（舰据物体的体积冷输热张的现象制定） 列氏温度 .=08L 电子得航大单自好亿工框学院 低温计量基准 第一温区(0.65-5.00K)）,1TS-90规定由3Hc和4Hc的蒸气压与 热学计量器具： 温度的关系式来定义， 它是基于封闭系统中，两相系的饱和蒸 汽压与温度对应的关系 热电偶、热电阻、温度计、高温计、德射感温器、体温计、温度计 第二温区(3.0-24.5661K),用属气体温计来定义。 检定装置、电子电位差计、电子平衡电桥、高温毫伏计、比率计、温度 。 原理是波尔定律： —定质量的理想气体在温度保持不变的情况 指示调节仪、温度变送器、温度自动控制仪、温度巡回检测仪、测温电 下，它的压强与体积成反比. 桥、热量计、比热装置、热物性测定装置、热流计、热象仪. 中温计量基准 第三温区(13.8033-1234.93K0,计量仪器是铂电阻温度计.原 理是金属的电阻随温度的变化而变化。 高温计量基准 ·第四温区（温度大于1234.93K)，按照普朗克辐射定律来定义 ，计量仪器是光电高温计，并福过对来 复现亮度温度。 电于释做人学自对化玉租举他 1
2021/9/24 1 第三章 各种物理量的测试计量 第1节 时间频率计量测试 第2节 电磁学计量测试 第3节 电子计量测试 第4节 温度计量测试 第5节 光学计量测试 第6节 其他计量测试 （几何、力学、声学、电离辐射、物质的量） 3.4 温度计量测试 一、温度的概念 宏观概念：冷热程度的体现，即热的物体温度高，冷的物体温度低。 微观概念：大量分子运动的平均动能的体现，即分子运动越剧烈温 度就越高。 定量概念：温度是表征热平衡系统冷热程度的物理量，一切互为热 平衡的系统都具有相同的温度。 热力学第零定律（温度存在定 律）：两个热力学系统分别与第三个 热力学系统处于平衡态，则两个热力 学系统彼此必定处于热平衡。 热力学第零定律的重要性在于它 给出了温度定义的基础（宏观的特性） 和温度的测量方法（热平衡）。 二、温标 温标（即温度的“标尺”、“标准”）是温度量值的表示法。 首先用纯物质的三相点、沸点、凝固点和超导转变点等作为温度计量的 固定点(基准点)，并赋予一个确定的温度；然后选择随温度呈线性或一定 函数关系的物理参量作为温度指示的标志。 温标三要素：固定点、测温物质、内插公式 • 华氏温标：最早的公认温标 水的冰点为32℉，水的沸点212℉，中间180等分（德国，华林海特，1714年） • 列氏温标： 水的冰点为0°R’，水的沸点为80°R’，中间80等分（法国，列奥缪尔，1730年） • 摄氏温标：亦称“百分温标” 水的冰点为0℃，水的沸点为100℃，中间100等分（瑞典，摄尔萨斯，1742年） 经验温标（根据物体的体积冷缩热胀的现象制定） 国际温标（ITS-90） ITS-90就是热力学温标。 Tk=273.15 + tc TF =1.8tc + 32 TR’ =0.8tc Tk：热力学温度 Tc：摄氏温度 TR’：列氏温度 热力学温标: 英国开尔文提出以热力学第二定律为基础。与特定的物质性质无关， 以水的三相点为基准(273.16K)，具有稳定性、唯一性、复现性和客观性。 热力学温标以卡诺循环为基础：一个工作于恒温热源与恒温冷源之间 的可逆热机，假设从温度为T2的热源获得的热量为Q2，放给温度为T1的 冷源的热量为Q1，则Q1 /Q2=T1 /T2。（绝对温度，单位K） 选用水的三相点作为基本固定点，得到热力学温标: 2 1 273.16 Q T K Q 理论温标 低温计量基准 • 第一温区（0.65-5.00K），ITS-90规定由3He和4He的蒸气压与 温度的关系式来定义，它是基于封闭系统中，两相系的饱和蒸 汽压与温度对应的关系。 • 第二温区（3.0-24.5661K），用氦气体温计来定义。 • 原理是波尔定律：一定质量的理想气体在温度保持不变的情况 下，它的压强与体积成反比。 中温计量基准 • 第三温区（13.8033-1234.93K)，计量仪器是铂电阻温度计。原 理是金属的电阻随温度的变化而变化。 高温计量基准 • 第四温区（温度大于1234.93K），按照普朗克辐射定律来定义 ，计量仪器是光电高温计，并通过温度灯来复现亮度温度。 热学计量器具： 热电偶、热电阻、温度计、高温计、辐射感温器、体温计、温度计 检定装置、电子电位差计、电子平衡电桥、高温毫伏计、比率计、温度 指示调节仪、温度变送器、温度自动控制仪、温度巡回检测仪、测温电 桥、热量计、比热装置、热物性测定装置、热流计、热象仪
2021/9/24 @ 三、常用温度计与温度计量方法 @ 玻璃液体温度计： >电阻温度计（热电阻测温） 储液泡、毛细管、刻度标尺 取-只100W/220V灯泡， 测温介质：水银威其合金、酒精等 用万用表测量其电阻值，可以发 30℃-300℃ 现其冷态阳值只有几十欧姆，而 压力式温度计 计算得到的额定热态电阻值应为 4840. 密闭温度测量系统+指示仪表 气体压力式（氨气），液体压力式（甲醇、水银等）、蕊汽压力式 温度升高，金属内部原子品格的振动加，从而使金属内部的 (苯、丙酮等低沸点液体)。 自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大 -100C-600℃ 电阻值增加正温度系数). 基于物质的热胀冷缩特性制成的 电寻科机大是看桥花王程手院 电手韩税大季自幼花祖准陆 @ @ 热电粗温度计的组成： 热电阻（电阻体、绝缘艺和保护老管） 分类（根据材料类型）： ·连接导线 只示位法 金属电阻（正温度系数） 测三原理 金属导体半导体： 电阳值R一f温度到 R.-Ra I AR R=尾[1+Ar+Br2+Ct-100)(在.200-0C范围内) 电8 R 铂电阻 (在0一850C范周内》 温度变化1气 R,=R(1+A+Br) 的相对变 单位为C 电 半导体电阻（正、负温度系数） >a1一灵敏度1. 广泛用于低温计量 >金属导体：→R1,为正值（正温度系数）： 结电阻：0.01K~100K 而半导体：叶→R:,·为负通（负温度系数） 热敏电阻：50C-300℃， 金属纯度1一+。有合金材料如锰钢a一。 金属电阻 作计量器具 ≤6000 Ca) 标夏8电盈 1一石美骨架，一花性，3一明由晚 膜型帕橋电图 1一公封地一相此，一型然引出线4一屋护用安4一扎月氧审 量标准 帕电阻温皮示、变进 电用1一型期觉，一，一引线 工作计量器具 汽车用水温传 及水海 d信型相些电阻1一名管，2一获瑞罐，多一悠温密性，一出线 e)工金用色雕温度什外形 上一保护管，2一电照练，子骨4一 2
2021/9/24 2 三、常用温度计与温度计量方法 玻璃液体温度计： 储液泡、毛细管、刻度标尺 测温介质：水银或其合金、酒精等 -30℃-300℃ 压力式温度计 密闭温度测量系统 + 指示仪表 气体压力式（氮气）、液体压力式（甲醇、水银等）、蒸汽压力式 （苯、丙酮等低沸点液体）。 -100℃-600℃ 基于物质的热胀冷缩特性制成的 电阻温度计（热电阻测温） 取一只 100W/220V 灯泡， 用万用表测量其电阻值，可以发 现其冷态阻值只有几十欧姆，而 计算得到的额定热态电阻值应为 484 。 温度升高，金属内部原子晶格的振动加剧，从而使金属内部的 自由电子通过金属导体时的阻碍增大，宏观上表现出电阻率变大， 电阻值增加(正温度系数)。 热电阻温度计的组成： • 热电阻（电阻体、绝缘管和保护套管） • 连接导线 • 显示仪表 测温原理 • 金属导体或半导体: 电阻值R = f (温度t) • 电阻温度系数（α） 温度变化1℃时，导体电阻值的相对变化量， 单位为1/℃。 0 0 0 0 1 ( ) t t t t R R R R t t R t α ↑→ 灵敏度↑。 金属导体: t↑→Rt↑ ，∴α为正值（正温度系数）； 而半导体: t↑→Rt↓ ，∴α为负值（负温度系数）。 金属纯度↑→α↑。有些合金材料，如锰铜 α→0。 dT dR R 1 分类（根据材料类型）： 金属电阻（正温度系数） 铂电阻（ 13.8K~1234.94K ） 、铑铁电阻（低温0.1K~273K）、 铂钴电阻 （4K~292K，低温段比铂、铑铁稳定、准确， ） 铂电阻 半导体电阻（正、负温度系数） 广泛用于低温计量 锗电阻：0.01 K～100 K 热敏电阻：-50℃-300℃， 2 3 0 1 ( 100) R R At Bt Ct t t 2 0 (1 ) R R At Bt t （在-200～0℃范围内） （在0～850℃范围内） 金属电阻 薄膜型铂热电阻 防爆型铂热电阻 铂电阻温度显示、变送器 汽车用水温传 感器及水温表 铜热电阻 计 量 标 准 工 作 计 量 器 具 工 作 计 量 器 具
2021/9/24 半导体电阻温度计 @ 4= Q AMF2型NTC热电■ 来病制装T角绿地■ 大动率FTC精雄电■ 施度 负度系教NTC做电（凰道度升高面减少） 热敏电阻体温计 采用nO:MaNOes Cuo.Cu(NOh等化合物制适： 正盖虎系戴PTC格敏电厘，采用NO,等化合物制透： 临界温皮CTR)触板电思 当温度超过某一数通居.电阻会意测增加成减少」 电热水墨 热电阻测温电路 @ 电桥设计在仪表内，而热电阻R 安装在被测对像中，距仪表有一定的 工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围 距离。 R:-RAxRp 为-200-500℃。 ·用热电偶测量500©C以下温度时，热电势小，测量精度 R RB 由于R,~温度T,故移动R的电 低：因此在高温段，一般采用热电偶测温方式。 阻值不断平衡，可通过R,电阻刻度 或温度列度度取品度变化 @ >热电偶温度计 将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两端接点的 温度不同，回路中将产生电势，称为热电势。这个物理现象称 为热电效应或塞贝克效应。 1821年，德国物理学家赛贝克用 两种不同金属组成闭合回路。井用酒 精灯加热其中一个接触点（称为结 热域 冷端 点)，发现放在回路中的雷针发生编 (工作端) (测量端) 自由端) (参考端) 如果用两盏酒精灯对两个结点同明 坞电效7> 加热，指针的偏转角反而减小。 赛贝克实验 塞贝克效应原理圈 电手得机大童自特化王程季被 电手科枝文座自幼化三租举他 3
2021/9/24 3 半导体电阻温度计 热敏热电阻温度特性 负温度系数(NTC)热敏电阻（阻值随温度升高而显著减少） 采用MnO2、Mn(NO3 )4、CuO、Cu(NO3 )2等化合物制造； 正温度系数(PTC)热敏电阻。采用NiO2等化合物制造； 临界温度(CTR)热敏电阻 当温度超过某一数值后，电阻会急剧增加或减少。 T k R A e 材料常数 绝对温度 常数 0 0 T k T e R A MF12型 NTC热敏电阻 玻璃封装NTC热敏电阻 大功率PTC热敏电阻 热敏电阻 热敏电阻体温计 电热水器 热电阻测温电路 电桥设计在仪表内，而热电阻Rt 安装在被测对象中，距仪表有一定的 距离。 D B A t R R R R 由于Rt～温度T，故移动RD的电 阻值不断平衡，可通过RD电阻刻度 或温度刻度读取温度变化。 二线制连接法（惠斯登电桥） • 工业上在测低温时通常采用热电阻温度计，其测温范围 为 -200～500℃。 • 用热电偶测量500℃以下温度时，热电势小，测量精度 低；因此在高温段，一般采用热电偶测温方式。 热电偶温度计 A B A B 1821年，德国物理学家赛贝克用 两种不同金属组成闭合回路，并用酒 精灯加热其中一个接触点（称为结 点），发现放在回路中的指针发生偏 转。 如果用两盏酒精灯对两个结点同时 加热，指针的偏转角反而减小。 赛贝克实验 将两种不同材料的导体组成一个闭合回路，如果两端接点的 温度不同，回路中将产生电势，称为热电势。这个物理现象称 为热电效应或塞贝克效应。 冷端 （自由端） （参考端） 热端 （工作端） （测量端） 热电流 热电极A/B 塞贝克效应原理图
2021/9/24 @ 热电问的热电势（要贝克电势） @ 标准化热电偶 指生产工艺成熟、成批生产、性能优越并已列入国家或行业标准文 件中的热电偶。特点：发展早、性能稳定、应用广泛，具有统一的分度 表，可以互换，并有与其配套的显示仪表可供使用，十分方便. 国际电工委员会正G在1975年推荐种标准化热电偶，在19%6年又推 荐了一种。我国目前共采用八种标准热电偶.。 标准化热电偶： (1)铂铑10-铂(S)0-1600℃，长温最高1300℃.短温最高1600℃； E=Us()-U(;)=K-in E (2)铂铑30-铂老6(B)长温16009℃，短温1800C: (3)销铑13铂(R)-1500C: U一接触电势 k一波尔兹曼常数 含mw 一电子电荷 A、g—金属A、B的电子密度 阁宝出保 电子科机大是看陆花王程手院 电手韩仪文季自幼儿三祖摩陆 @ ,辐射温度计 通过被测物体在全波长或某一波段的射能量确定温度. 非接触法测温：不破坏被测物体的热平衡，对惩温元件结构要求不高， 可计量热容量小的物体，可计量高温，对动态温度响应较好，但精度低 技长 1、任何物体湿定高于地对零度(23.15℃)时。都将有热福射，湿攻趋亮， 被长 粉典到巴▣安间的传量计道多， 华稠锅的分布而 2、蝠射能以寂动形式表现出来。其波长的范图极广，从短波、x光、紫外光， 公一 可见光、红外光一到电磁克. 3、温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收以后，多转变为 能 热能.使物体的温度升高，所以一极称为热福射。 g-4 分布。 @ ■亮度法： ·亮度温度： 检测某一特定波长下的光诺辐射能量800℃-4000C 亮度温度定义：当物体在福射波长为，温度为T 光学高温计、光电高温计、红外高温计 时，其光谱辐射亮度L和全福射体在辐射波长为入，温 度为T时的光谱辐射亮度L0相等，则把T称为这个物 体在波长为入时的亮度温度.。物体和全辐射体的亮度公 根据普朝克定斧 式，分别为： T为待测物体亮度温度 La=ce,c1ie分 6,为温度为7时，波长的单色发射率 一比例常数 双有在片一南反二有双耐的是制保有一生体发射的粥州塑的共料 L0=cG2e证 ·灯丝隐灭式光学温度计 假如两者的亮度相等，就得到 光电亮度温度计：用光敏元件代普人眼，实现自动测量。 T 件短成女 度 电于特枝大争年好化工学被 电于研技人学自始化玉组举他 4
2021/9/24 4 热电偶的热电势（赛贝克电势） B A AB AB n n e k T T E U T U T ln ( ) ( ) ( ) 1 2 1 2 UAB—接触电势 k—波尔兹曼常数 e—电子电荷 nA、nB—金属A、B的电子密度 指生产工艺成熟、成批生产、性能优越并已列入国家或行业标准文 件中的热电偶。特点：发展早、性能稳定、应用广泛，具有统一的分度 表，可以互换，并有与其配套的显示仪表可供使用，十分方便。 国际电工委员会(IEC)在1975年推荐7种标准化热电偶，在1986年又推 荐了一种。我国目前共采用八种标准热电偶。 标准化热电偶 标准化热电偶： （1）铂铑10-铂（S） 0~1600℃,长温最高1300℃，短温最高1600℃ ； （2）铂铑30-铂铑6 （B）长温1600℃，短温1800℃； （3）铂铑13-铂 （R）0-1500℃ ； （4）镍铬-镍硅(镍铬-镍铝) （K） －200～1300℃ ； （5）铜-铜镍(康铜) （T） 300℃以下； （6）镍铬-康铜（E） －200～900℃ ； （7）铁-康铜 （J）-200~1200℃ ； （8）镍铬-金铁热偶以及铜-金铁热偶。 辐射温度计 通过被测物体在全波长或某一波段的辐射能量确定温度。 非接触法测温：不破坏被侧物体的热平衡，对感温元件结构要求不高， 可计量热容量小的物体，可计量高温，对动态温度响应较好，但精度低。 1、任何物体温度高于绝对零度（-273.15C）时，都将有热辐射，温度越高， 则发射到周围空间的能量就越多。 2、辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、 可见光、红外光一直到电磁波。 3、温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收以后，多转变为 热能，使物体的温度升高，所以一般就称为热辐射。 波长 能量 任何波段都有能量的分布，而呈 不间断的连续分布 波长 强度 在某些特殊的波段有能量分布的辐射现象产 生，而呈有间断性的辐射谱线分布。 一个低压的气体位于一高温连续光源前，某 些特殊的波段有能量被吸收的现象产生， 而 呈有间断性的吸收谱线分布。 波长 能量 人眼可观测到的光谱类型 亮度法： 检测某一特定波长下的光谱辐射能量800℃- 4000℃ 光学高温计、光电高温计、红外高温计 • 灯丝隐灭式光学温度计 • 光电亮度温度计：用光敏元件代替人眼，实现自动测量 。 2 1 1 ln T L L T T T C T T 为待测物体亮度温度 为温度为 时，波长 的单色发射率 根据普朗克定律： 发射率：在同一温度下一表面发射的辐射量与一黑体发射的辐射量的比例 亮度温度： 亮度温度定义：当物体在辐射波长为 ，温度为T 时，其光谱辐射亮度 和全辐射体在辐射波长为 ，温 度为 时的光谱辐射亮度 相等，则把 称为这个物 体在波长为 时的亮度温度。物体和全辐射体的亮度公 式，分别为： L Ts L0 Ts 2 1 5 c T L c c e 2 1 5 0 s c T L cc e c——比例常数 假如两者的亮度相等，就得到 2 1 1 ln T T c s 物体温度 亮度温度
2021/9/24 灯丝隐灭式光学温度计 ■比色法： 可代灯海 被测对橡的两个不同波长的光诺摇射能量交替或同时地投影到检出元件 外>0 M 上，根据它们的比值与被测对像之间的温度关系实现测温。 领色温度计：通过两个光诺能量比的方法测量温度，也称为比色温度计 红色诗片 爱 比色高温计是根据维恩偏移定律工作的温度计。由维恩偏移定律可知， 当温度变化时物体的幅射出射度向波长增加成减小的方向移动，使在波长 将物体辐射的单色亮度和仪表内部的高温灯泡灯丝亮度批较。利用调 下的光需程射亮度比发生变化，测量光诺幅射亮度比的变化即可测得相应 节电阻来改变高温灯泡的工作电流。当灯丝的亮度温度与被测物体的亮度 的温度。对于全福射体，由维恩公式可得： 温度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。（亮度一样时） 优点：结构简单，使用方便，测温范广(700-200℃)，一般 →= 可满足工业测温的准确度要求。 缺点：人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速测量和白 动记录，且测量结果带有主观性. 上式中的和入：是预先规定的值，只要知道在此二波长下的亮度此，就 电子样做大里自样化工恒手院 可求得被测全幅射体的度电手4大化他 @ ⊙ 当温度的实际物体在两个波长下的光谱辐射亮度比 光路系统 测量电路图 值，与温度为T的全辐射体的上述两波长下的光谱辐射 比值相等时，把T称为实际物体的比色温度。 根据上述定义，应用维恩公式，可导出下列公式： In 11 克 光电高比色计的原站料图 式中：a1.￡：分别为实际物体在11和1：时的光谱发射率。已 知T。.么、6/位：，就可由上式求得7， 优点：准确度高（精度为05%），反应速度快，测量范围宽（量程 为800-2000℃) ■全辐射法： 被测物与仅表之问的距晚要满 全波长范围的辐射能量，受周围环境影响大，准确度不如 足距离系数要求：L/D(传感器前 前两种（前两种准确度高，但只能吸收部分波段能量）。 城面到被调对象表面的距离与被测 基本原理：黑体全辐射定律。实际物体吸收能力小于绝 对象的有效直径之比) 对黑体，全辐射法测温低于实际温度。 进行正编喵准，使目标的像充 满投收器，不能偏离。否则也会产 生误差. 应该注意：仪表是以绝对黑体辐射功率与温金的关系分度的. eaT'=aT时 而实际使用时，被测物体并不是果体，这样测出的温度自然要 低于被测物体的实温度。这个温度被称为“福射温度”。 T和T,分别为物体的真实遇度和幅针指示温度：，为温度1时物体全摇射 的发射率.因为非黑体，<1，则T,<T 电寻得机大量自陆化王程季使 电手科其大季自幼化玉租举枕 5
2021/9/24 5 优点：结构简单，使用方便，测温范围广（700~3200℃），一般 可满足工业测温的准确度要求。 缺点：人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速 测量和自 动记录，且测量结果带有主观性。 将物体辐射的单色亮度和仪表内部的高温灯泡灯丝亮度比较。利用调 节电阻来改变高温灯泡的工作电流，当灯丝的亮度温度与被测物体的亮度 温度一致时，灯泡的亮度就代表了被测物体的亮度温度。（亮度一样时） 灯丝隐灭式光学温度计 比色法： 被测对象的两个不同波长的光谱辐射能量交替或同时地投影到检出元件 上，根据它们的比值与被测对象之间的温度关系实现测温。 颜色温度计：通过两个光谱能量比的方法测量温度，也称为比色温度计。 比色高温计是根据维恩偏移定律工作的温度计。由维恩偏移定律可知， 当温度变化时物体的辐射出射度向波长增加或减小的方向移动，使在波长 下的光谱辐射亮度比发生变化，测量光谱辐射亮度比的变化即可测得相应 的温度。对于全辐射体，由维恩公式可得： 1 2 和 1 2 0 0 2 1 2 ln 5ln ) 1 1 ( 2 1 c c T T c L L c T 上式中的 是预先规定的值，只要知道在此二波长下的亮度比，就 可求得被测全辐射体的温度 1 2 和 c c T c T L cc e 1 2 1 5 0 1 1 c c T c T L cc e 2 2 2 5 0 1 2 当温度T的实际物体在两个波长下的光谱辐射亮度比 值，与温度为 的全辐射体的上述两波长下的光谱辐射 比值相等时，把 称为实际物体的比色温度。 根据上述定义，应用维恩公式，可导出下列公式： Tc 1 2 2 1 2 ln 1 1 1 1 ( ) T Tc c Tc 式中： 分别为实际物体在 时的光谱发射率。已 知 ，就可由上式求得T。 1 2 、 1 2 和 1 2 1 2 c T 、 、 、 / 优点：准确度高（精度为0.5％），反应速度快，测量范围宽（量程 为800~2000℃） 1 2 2 1 2 ln 1 1 1 1 ( ) T Tc c 光路系统 测量电路图 全辐射法： 全波长范围的辐射能量，受周围环境影响大，准确度不如 前两种（前两种准确度高，但只能吸收部分波段能量）。 基本原理：黑体全辐射定律。实际物体吸收能力小于绝 对黑体，全辐射法测温低于实际温度。 4 1 p T T T 被测物与仪表之间的距离要满 足距离系数要求：L/D（传感器前 端面到被测对象表面的距离与被测 对象的有效直径之比） 进行正确瞄准，使目标的像充 满接收器，不能偏离，否则也会产 生误差。 • 应该注意：仪表是以绝对黑体辐射功率与温度的关系分度的， 而实际使用时，被测物体并不是黑体，这样测出的温度自然要 低于被测物体的实际温度。这个温度被称为 “辐射温度”。 4 4 4 1 T P P T T T T T T和Tp分别为物体的真实温度和辐射计指示温度；T为温度T时物体全辐射 的发射率。因为非黑体εT <1，则TP <T
2021/9/24 温度计量方法 ⊙ 3.5光学计量 常用计量方法 接触法.非接触法 光是一种电磁波，波长介于微波与X射线之间。 超高温、超低温计量 1m一紫外线一38mm-可见光一780mm+红外线一1mm 原子能和宇航事业 光学计量：各光学分支中 耐高温合金治炼、热核拉制、太阳能利用 超高温 有关计量知识的领域. 紫味黄包 薰利昂冷冻机、空气表化机、氢液化机 超低 超高温：工程上>3000℃，太阳护温度计 罐射度计量 超低温：氧的露点(1s)以下，藏性湿度计（常世性物质磁化率在低 光度计量 温时随温度变化很大)， 激光计量 通附测器技术近0年取得的主要成要有：在测温能国方套，最高可达0万酒氏度， 色蜜计量 知如地下桂网体火球温煲，最纸可达调氏废：受敏爱方面已达0，.0m1瓜，工业权 光材科的光数计量 表可达0.1K:反皮时阿方面最快可达游秒级：最小可测日标直径为05 成像系统及光学元件的质 量评价等. 电子科机大是看陆花王框平院 电手韩税文季自幼花三祖准陆 ⊙， 两种量值 ⊙ 3.5.1光度计量 一、光度量及单位 与人眼相关的量： 1、光通量luminous flu) 光能量—光功率（光通量） 单位时问内发出的。并按国际约定的平均人眼视觉特性评价的光 光度计量 射递量， 单位流明(m)。 量之总和即为光漏量【① 性联系起来评价的主观物理量 春明：光强度为1坎德拉(cd)的均匀点光源，在球面度(s知)立体 与辐射相关的量： 阳为 辐射能量—辐射功率（辐射通量） 辐射度计量 堂 2、光强度 发光体 光通量的空间密度，即点光源在给 定方向上单位立体角发射的光通量， 3、光雁度 光通量的面密度，即被照射物体表 面单位面积上的光通量 日样多的光线光线的方间不司 一要生的北，的光通量均匀分布在！ 四种度量 示 4、光壳度 日样方间和酸量的光线来自的发光新积不同 光亮度是表示发光面明亮程度的。光源表面的某一点面元在一 给定方向上的发光强度与该面元在垂直于该方向的平面上的正射投 被照面 影面积之比。单蚊：尼特() d中 电于韩做大学自动化名祖举他 6
2021/9/24 6 温度计量方法 超高温、超低温计量 原子能和宇航事业 耐高温合金冶炼、热核控制、太阳能利用——超高温 氟利昂冷冻机、空气液化机、氢液化机——超低温 超高温：工程上 >3000℃，太阳炉温度计 超低温：氧的露点（90.188K）以下，磁性温度计（常磁性物质磁化率在低 温时随温度变化很大）。 常用计量方法 接触法、非接触法 辐射测温技术近30年取得的主要成果有：在测温范围方面，最高可达500万摄氏度， 如地下核爆炸火球温度，最低可达-170摄氏度；灵敏度方面已达到0.0001K，工业仪 表可达0.1K；反应时间方面最快可达微秒级；最小可测目标直径为 0.5mm。 3.5 光学计量 光是一种电磁波，波长介于微波与X射线之间。 1nm ←紫外线→380nm←可见光→ 780nm←红外线 →1mm 光学计量：各光学分支中 有关计量知识的领域。 -辐射度计量 -光度计量 -激光计量 -色度计量 -光材料的光参数计量 -成像系统及光学元件的质 量评价等。 与辐射相关的量： 辐射能量——辐射功率（辐射通量） 辐射度计量 两种量值 与人眼相关的量： 光能量——光功率（光通量） 光度计量 3.5.1 光度计量 一、光度量及单位 1、光通量(luminous flux) 单位时间内发出的，并按国际约定的平均人眼视觉特性评价的光 辐射通量，单位流[明]（lm）。或：光源发射并被人的眼睛接收的能 量之总和即为光通量（Φ）。是一个属于把辐射通量与人眼的视觉特 性联系起来评价的主观物理量． 流[明]：光强度为1坎[德拉]（cd）的均匀点光源，在1球面度（sr）立体 角内发射的光通量。 由于人眼对不同波长的光敏感性不同，所以不同 波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。 如，当波长为555×10-9米的绿光与波长为650×10-9米的红 光辐射功率相等时，前者的光通量为后者的10倍。为了测光 的统一和准确，根据对许多正常人眼的研究，求出了各种波 长的平均相对光灵敏度。1942年，国际照明委员会（CIE） 规定了国际统一的平均人眼“光谱光效率”或“视见函 数” 。 一立体角顶点位于球心，它在球面上所 截取的面积等于以球半径r为边长的正方 形面积，那么这个立体角就是1球面度。 2、光强度 光通量的空间密度，即点光源在给 定方向上单位立体角发射的光通量。 3、光照度 光通量的面密度，即被照射物体表 面单位面积上的光通量 勒[克斯] （lx）：1 lm的光通量均匀分布在1 m2表面所产生的光照度。 d d I dS d E cos cos 2 d dA d dA dI L 单位：尼特（nt） 4、光亮度 光亮度是表示发光面明亮程度的。光源表面的某一点面元在一 给定方向上的发光强度与该面元在垂直于该方向的平面上的正射投 影面积之比。 四 种 度 量 值 示 意 图
2021/9/24 光辐射基本测量设备 二、光度计量器具 2光度导轨非单独设备， 1光探测器 主观光探测器（人眼，对弱光敏感度高）、客观探测图 正比，与距离平方成反比)连续、精确改变某平面处的光照度 光电探测器 外光电效应：光子能量一电子逸出一光电流佛感神。 光状效应：P、结收光子能显电子空穴对一光电 中 光电导效应：P八结收光子能显一释放更多流子一电导率下降电 与波长、光通量有关 热电探测器 失素导轨上标定筋南光藤的装■ 热电效应：光能温童升高电阻成电容（测福射热计） 改变光源到光度计的距离，使进入光度计两侧 表面电荷（热程电探测器）电动势（热电偶、热电维） 的光在视场内平衡。两半视场的中心界消 只与福射通量有关，与波长无关，无选择性探测器 失。则二者具有相同的光照成。 光化学效应探测器如照相底片 陆沫布洛洪(Lummer Brodhun)视光计 电手科航大争自：化工恒学院 电干韩税人年自 @ 光辐射基本测量设备 同 光辐射基本测量设备 3积分球 4单色仪 和光度导轨一样，积分球并非一个单独的测量设备，常常和光源、探测 器装在一起，作为理漫射光源和匀光器，广泛用于光相射测量中 将宽股射的光源分成一系列谱线很窄的单色光，用作可调波 长的单色光源或分光器。 内险涂抹射材料，球上开多个孔入射光 球内任面元发出的明 到所要求的单色光 通量，经过多次漫射，能使球内各点有相同 ■棱镜单色仪 的直射幅照度。 ■光洲单色仪 利分装竹客通名 优点：经积分球多次漫射，可使光能不均匀的测量光束均匀化，消除由探 测器接收表面响应的不的匀产生的测量误差， 经调华自京然据散 光湿植大能南西 光辐射基本测量设备 5分光光度计 三、光度计量方法 作用：测量材料光诺反射比成透射比 组成：（美国GE公司） >~光强度计 双单色仪、篇光系统、积分球、探测器 比较法 在光度导轨上测量 偏光系流光来分成两路偏票方向相百更青的偏票光 ■等光照度法（生观法） sm'acs'a成正比 使标准灯.、待测灯在收器表而产生的光眼度相，然后用距离平方反 h清测反射比 一光明时处校 比定律进行计算 标准反射块 样品，改变夹角使探测器 出相 ■等距离法（客观法） P,n=PC0 使标准灯、待测灯和比校灯到光电接收器表面的距密都相等.。县位于同一侧.委 相同的中性爱反射块标准透 考灯用来监视被调系统的隐定性，通过光电流计算 射样品、待测样品改变夹角 使保测器能出相等 电手得机大章自特化王程学被■ 电手科枝文季自幼化三租举他 7
2021/9/24 7 二、光度计量器具 1.光探测器 主观光探测器（人眼，对弱光敏感度高）、客观探测器 光电探测器 • 外光电效应：光子能量—电子逸出—光电流（光电管、光电倍增器） • 光伏效应：P-N结吸收光子能量—电子空穴对—光电流（光敏二极管、三极管） • 光电导效应： P-N结吸收光子能量—释放更多载流子—电导率下降（光电池） 与波长、光通量有关 热电探测器 热电效应：光能—温度升高—电阻或电容（测辐射热计） 表面电荷（热释电探测器）电动势（热电偶、热电堆） 只与辐射通量有关，与波长无关，无选择性探测器 光化学效应探测器 如照相底片 光辐射基本测量设备 2 光度导轨(非单独设备) 精确轴向距离刻度和标尺的导轨，数个带距离精细刻度的滑动架或滑车 用平方反比定律（即点源对微面元的照度与点源的发光强度成 正比，与距离平方成反比）连续、精确改变某平面处的光照度 改变光源到光度计的距离，使进入光度计两侧 的光在视场内平衡时，两半视场的中心界线消 失，则二者具有相同的光照度。 陆末-布洛洪（Lummer-Brodhun）目视光度计 2 l E I 光辐射基本测量设备 3 积分球(非单独设备) 和光度导轨一样，积分球并非一个单独的测量设备，常常和光源、探测 器装在一起，作为理想漫射光源和匀光器，广泛用于光辐射测量中 结构及原理：铝或塑料做成的内部空心球， 内壁涂抹漫射材料，球上开多个孔（入射光 孔或安装光源）。球内任一面元发出的辐射 通量，经过多次漫射，能使球内各点有相同 的直射辐照度。 优点：经积分球多次漫射，可使光能不均匀的测量光束均匀化，消除由探 测器接收表面响应的不均匀产生的测量误差。 光辐射基本测量设备 4 单色仪 将宽谱段辐射的光源分成一系列谱线很窄的单色光，用作可调波 长的单色光源或分光器。 利用色散元件（棱镜、光栅等）对不同的光具有不同色散角的原理， 将光辐射能的光谱在空间展开，并由入射狭逢和出射狭逢的配合，得 到所要求的单色光谱。 棱镜单色仪 光栅单色仪 光辐射基本测量设备 5 分光光度计 作用：测量材料光谱反射比或透射比 组成：（美国GE公司） 双单色仪、偏光系统、积分球、探测器 偏光系统将光束分成两路偏振方向相互垂直的偏振光 辐射通量分别与 sin 2 ，cos 2 成正比 测反射比：一束光照射处放 标准反射块,另一束光照射处 放样品,改变夹角使探测器输 出相等 测透射比：反射块的位置放 相同的中性漫反射块,标准透 射样品、待测样品,改变夹角 使探测器输出相等 2 2 sin cos s 光强度计量 比较法——在光度导轨上测量 等光照度法（主观法） 使标准灯、待测灯在接收器表面产生的光照度E相等，然后用距离平方反 比定律进行计算 标 标 待 待 （ ）I l l I 2 等距离法（客观法） 使标准灯、待测灯和比较灯到光电接收器表面的距离都相等，且位于同一侧。参 考灯用来监视被测系统的稳定性，通过光电流计算 标 标 待 待 I i i I 三、光度计量方法
2021/9/24 @ @ >光照度计量 >光亮度计量 ■亮度计 ■照度计 用一个光学系统把待测光源表面成像在放置光福射探测器的平面上 光射探测器+指示/显示装置 对于不风物的待圆海面，通过 光短射探测留放在待测平面，产生光电流 光解C 物镜的调病，使特测发光面成象在轻 茵器受光面上， ■通过光强度和光亮度值计算 待测发先而的充为L,物领 符合朗伯光源各个方向上的亮度均相等的光照度的一般计算公式 在传测表国 器 dE=ccos L,像平面上的壤度为 美窝计结构图 E.L 朝伯发光旋圆A。它在客个方向上的 光亮度是相同的， 则E高dA光面 的被表面5， 旋两表面轴与 平的距离（不量距 分为 梨制高制发老餐西积 不改变 电于林机天华自始化玉祖集吃 ⊙ @ 光通量的计量 ■目视法 ■积分球法：替代、比较计量 以亮度比较作为基础。使坡测亮度与比较亮度各自照亮光度计的 一半视场，测节减光盘开口，吉到两半视场亮度相等 通过比较方式，在积分球内轮流点感标准灯和被测灯。 由光电池接收器分别测出对应窗口的光照度. = 5藏4 测重时，使较到亮度L,与比整亮度L,各白黑充 ■分布光度计法： 减光益 松日，用已划标准度L,代普被测亮度L 基本原理： 按同殊方依速立起两半视蜗的完度平衡。最岳根据窗后 0是的定义 半滋半反俄飞脱璃（儿 两次减光意的开口年释只，计算出待测充厦。 被收器户是时符显恒S 比校先要 L-SL 将视亮度题彩已如标常亮度源应有较小的表面积， 并夏求这两个小面元相等。新测博亮皮乙是被测面积 内爽度的平均篷。 分布光度计的结构： 国浅充度测定然需要充皮标准成光强度标准，一极贝 光电池按收器可沿图弧滑动 成中等足计的是 日榄法满亮度 ⊙ 3.5.2辐射度计量 辐射度量 、辐射度计量基础知识 ·辐射亮度：光源在垂直其幅射传轴方向上单位面积的立体角内发 射出的幅射量 1辐射度量及单位 ·辐射能：幅射能是以福射形式传提或接收的能量。当极射能被其 L.w/sr.m 它物质吸收时，可转变为热能、电能等其它形式的能量Q。,J d' d1. 。辐射通量：幅射功率。以辐射形式发射、传播或接数的功率。 L.ddi cos 0 dd cos 0 ·辐射出度：光源表面单位面元的幅射通量 。辐射强度：单位立体角度内光源发射出的幅射通量。如：灯泡作 为点光源，播述给定方向的射强度 M.wim2 dΦ .,w/r M.=dA 电寻得机大量自特化王程季使 电于研枝大学自始化玉祖举他 8
2021/9/24 8 光照度计量 照度计 光辐射探测器 + 指示/显示装置 光辐射探测器放在待测平面，产生光电流 通过光强度和光亮度值计算 符合朗伯光源(各个方向上的亮度均相等)的光照度的一般计算公式 2 L A cos d dE cos l 朗伯发光表面dA，它在各个方向上的 光亮度L是相同的，则距离dA发光面l 远的被照表面dS，连接两表面连线与 两表面法线间夹角分别为φ和α 光亮度计量 亮度计 用一个光学系统把待测光源表面成像在放置光辐射探测器的平面上 S Er L 2 目视法 以亮度比较作为基础。使被测亮度与比较亮度各自照亮光度计的 一半视场，调节减光盘开口，直到两半视场亮度相等 光通量的计量 积分球法：替代、比较计量 通过比较方式，在积分球内轮流点燃标准灯和被测灯， 由光电池接收器分别测出对应窗口的光照度。 标 待 待 标 E E 分布光度计法： 基本原理： 光强度I、光照度E和光通量Φ的定义 多数光源的光分布轴向对称 分布光度计的结构： 光电池接收器可沿圆弧滑动 圆弧可以轴向转动 测量全方位的光照度（测量照度E的分布） 2 0 0 0 2 2 0 0 2 r E I ( , ) si n d d I ( ) s in d ( , ) s in d d • 辐射能：辐射能是以辐射形式传播或接收的能量。当辐射能被其 它物质吸收时，可转变为热能、电能等其它形式的能量。 • 辐射通量：辐射功率。以辐射形式发射、传播或接收的功率。 • 辐射强度：单位立体角度内光源发射出的辐射通量。如：灯泡作 为点光源，描述给定方向的辐射强度 , J Qe e , w dt e e dQ , w/sr e I d I e e d 3.5.2 辐射度计量 1.辐射度量及单位 一、辐射度计量基础知识 辐射度量 • 辐射亮度：光源在垂直其辐射传输方向上单位面积的立体角内发 射出的辐射通量 2 Le , w/srm cos d cos d 2 dA I d dA L e e e • 辐射出度：光源表面单位面元的辐射通量 2 Me , w/m dA M e d e
2021/9/24 © @ 黑体辐射定律 辐射出度、福射强度、辐射亮度等都是源的辐射特性的度量。 2.黑体辐射基本定律（光额谢州量的基本论） 从技术实践角度需要有一个物体被照程度的物理量一辐射照度 属体，灌想意，吸收本顺位=】。佩体是幅出度录高的物体。 ,福射照度：被服表面单位面积上接收到的想射通量 >基尔置夫定律 物体发出的射（福射出度）与吸收率的比值在同一波长和温度 E.,w/m2 下相同，而与物体材料和形状无关 E.d =f2,0 d 发射本领也大 不能发射某波长的幅射能 也不能吸收该波长的幅射能：反之亦然 辐射吸收率：物体所吸收的幅射通量与入 do' 射到该物继上的同一喷长的时满量的比情 电子样就大量自特化工恒学院 色于林很人学自始化声祖年吃■ @ 黑体辐射定律 @ 黑体辐射定律 >普朝克定律—黑体辐射理论的基础 >最大福射定律 曾朗克建立了/化，刀的具体数学表达式，即黑体辐射出度。 G:幕餐智营爱玉7413X1pW. 将蜂值波长。代入普明克公式， M,()=oxp(c,)-1 1 几个体射的转在关 ,算一高常，L43路X10emk 得到黑体最大福射出度 黄长发系式第量分有 0-1,25% ,斯试善波尔兹曼定律 M=M之，T)-B于 人四.钱能 全波长内普朗克公式积分。黑体总辐射出度与绝对温度的四次方成正比 式中： 生有 AT▣178 01.,4% .7《 M(T)=aT+ (38装装41-52拉 L一c8,25 一锥愿位移定律 =1,2862X100 0-,入50 中c装疑Tm410 绝对黑体的墙射出度有一极大值（对应波长为），福射本领最大的波长 (w·m…a·K。 3-0,5m 与黑体绝对温度的乘积为 个常数 最大禄时定律出。黑体最大福 元T=b 射出度与湿皮的五次方成正比 二、射度计量标准 1标准辐射源一—黑体模拟器 光辐射计量的核心是对辐射源辐射特性进行计量测试， 黑体辐射源的特性完全可由公式计算出来， 因此作为辐射度量的最高标准，一是标准辐射源，二是标 黑体预器的腔休材料常用的有特 准辐射探测器。 作为标准辐射源，国际上通用的是标准黑体。在可见 近红外波段，使用1500~3000摄氏度的黑体。在红外波段， 控温元件通常采用 用-60~+2000摄氏度低中温黑体。 作为辐射探测器标准，过去使用电替代辐射计，近几 黑体顿拟品质主要取决于黑体 年出现了工作于热力学温度零度附近的低温辐射计。 黑体模拟器结构示意图 温度测量的确和其发射率接近1的 里。我的四 际中对黑体的种指 冷虹 元件 标有严格的要求。 体验温元件：7密光 电于特枝大争年好化工框学线■ 电手科枝火季自幼化三租举他 9
2021/9/24 9 • 辐射照度：被照表面单位面积上接收到的辐射通量。 2 Ee , w/m dA E e e d • 辐射照度：被照表面单位面积上接收到的辐射通量。 辐射出度、辐射强度、辐射亮度等都是源的辐射特性的度量。 从技术实践角度需要有一个物体被照程度的物理量——辐射照度 • 辐射吸收率：物体所吸收的辐射通量与入 射到该物体上的同一波长的辐射通量的比值。 e e d ' d 黑体辐射定律 2.黑体辐射基本定律（光辐射计量的基本理论） 黑体：理想概念，吸收本领 。黑体是辐出度最高的物体。 基尔霍夫定律 物体发出的辐射（辐射出度）与吸收率a的比值在同一波长和温度 下相同，而与物体材料和形状无关。 吸收本领越大的物体，发射本领也大，不能发射某波长的辐射能， 也不能吸收该波长的辐射能；反之亦然。 f ( ,T) Me 1 黑体辐射定律 普朗克定律——黑体辐射理论的基础 普朗克建立了f (λ,T) 的具体数学表达式，即黑体辐射出度。 exp( / ) 1 1 ( , ) 2 5 1 0 c T c M T 4 0 M (T) T mT b 斯忒藩-波尔兹曼定律 全波长内普朗克公式积分。黑体总辐射出度与绝对温度的四次方成正比 维恩位移定律 绝对黑体的辐射出度有一极大值（对应波长为λ），辐射本领最大的波长 与黑体绝对温度的乘积为一个常数 c1 ，第一辐射常量，3.7418×10-12W.cm2 c2 ，第二辐射常量，1.438×10-12cm.K 知道了黑体的温度,就可以算出黑体光谱辐出度随温度的 变化,也就可以用各种温度下的黑体作为测量光谱能量分 布的计量基准。 黑体辐射定律 最大辐射定律 将峰值波长λm 代入普朗克公式， 得到黑体最大辐射出度 最大辐射定律指出，黑体最大辐 射出度与温度的五次方成正比 式中： 二、辐射度计量标准 光辐射计量的核心是对辐射源辐射特性进行计量测试， 因此作为辐射度量的最高标准，一是标准辐射源，二是标 准辐射探测器。 作为标准辐射源，国际上通用的是标准黑体。在可见 近红外波段，使用1500～3000摄氏度的黑体。在红外波段， 用-60～+2000摄氏度低中温黑体。 作为辐射探测器标准，过去使用电替代辐射计，近几 年出现了工作于热力学温度零度附近的低温辐射计。 1.标准辐射源——黑体模拟器 黑体模拟器结构示意图 1-黑体腔；2-加热器；3-保温层； 4-冷却水管或风道；5-黑体腔测温元件； 6-黑体腔控温元件；7-精密光圈 黑体辐射源的特性完全可由公式计算出来。 黑体模拟器的腔体材料常用的有特种 塑料、铜、陶瓷、不锈钢、石墨等。保 温层用绝热材料，如硅酸铝纤维丝或辐 射反射屏。测、控温元件通常采用热电 偶或电阻温度计 黑体模拟器品质主要取决于黑体腔 温度测量的准确性和其发射率接近1的程 度。我国的国家标准中对黑体的各种指 标有严格的要求
2021/9/24 2标准辐射探测器电着代福射计 >激光计量 激光计量是光学计量的断领域，主要研究连续谦光和脉 冲激光的功率和能量。一般对连续撒光计量功率，而对 冲激光则计能量。 澈光是一种受激辐射的电藏能，它可以根语电融和射与 当收面装有限制光时。则测得的辐射钢 物质相互作用的原乳，把电腊时转变成其他形式的能 量加以计量。澈光功率和能量的计量方法与光福射的盖 度由下式计算： 本计方法相同，常用的方法有光热法、光电法、光岳 电替代细射计原理國 法、光磁法等。 式中：F光电不等效正项 限制光面积 25um,动率圆0.1100m。*制 电手科风文季自幼花祖准陆 @ ⊙ >色度计量 ·1931年在RGB系统的基础上，建立了C1E1931色度图，( 产生颜色视觉是光福射作用于人眼的效应，而物体的颜色 R)(G)(B)分别代表红、绿、蓝三个原色。根据颜色 又和人康的视觉性有关 混合原理，任何一种颜色都能够用三个原色的适当比例相 既取于光作用于 。因此，国际服明委员会规定了道用于四配等能光谱刺藏 混合获得，因此。要确定某一颜色，就必须采用匹配某 的(X)(Y)(Z)三原色数量，即标准色度观察者的光 颜色的三原色比例。对某一特定颜色刺激的色度坐标与光 谱三刺值，以代表人跟的平均颜色视觉特性，用于色度 谱三刺激值()、)、()的关系为 计量计算和颜色标定。 ) )=+式+万 x色度坐标相青于红原色的比例 11)= 三) )+)+万 ·光源的色温和相关色温 ·色度计量方法 不同的光源，由于发光物质的成分不同，光谱功率分布有 一个物体的颜色是由其色度坐标来表示的，为了计量光源 很大差异，一定的光谱功率分布表现为一定的光色。光源的光 或物体的色度坐标，应先对光源的光谱功率分布或物体的 色不仅和它发光时的温度有关，而且在和黑体辐射源的光色相 匹配的情况下，还和此时黑体辐射源的温度有关。因此，可以 套春支#出资色的兰有福 把光源的光和黑体辐射的光相比较来描述光源的光色。 ◆对于投射物体和反射物体，CE规定了标准照明体的相对 光源色温是指发出和某光源具有相同光色的黑体辐射源的 光谱功率分布，只需测量得到物体色刺激的光谱透过率或 绝对温度。也就是用黑体辐射源加热到不同温度时所发出的不 光谐反射率，就可以通过计算得出物体的色度坐标。 同颜色来描述光源的颜色。 ◆光谱光度测色法通过定量比较“标准”和样品在同一波长 在某一确定的均匀色度图中，如果某光源与某一温度下的 的单色辐射功率，进一步测得其光谱反射率因数或光谱透 黑体辐射源具有最接近的相同的光色，则此时黑体的这个绝对 过率，从而得出物体的三刺激值和色度坐标。采用光谱光 温度叫做该光源的相关色温。 度测色法制成的色度计量仪器是光谱光度测量仪。 电于特枝大争年好化工学被 电手科其大季自幼花三租举枕 10
2021/9/24 10 2.标准辐射探测器-电替代辐射计 电替代辐射计原理图 电替代辐射计测量的光谱范围波长在300nm～2.5um，功率范围为0.1～100mW。基本结 构有平面和空腔两种，作为计量基准常用空腔型。 电替代辐射计通常工作在室温环境中，性能受到材料在室温下热性能的限制，测量不确定 度在0.1%～0.3%的范围内 原理：被测辐射功率Pr经限制光阑射到辐射计接收面， 被接收面黑层吸收后产生温升，热电堆有电势输出； 关闭快门，切断辐射束，闭合开关K，在接收面上的 加热丝上接通电源，使加热丝在接收面上产生的热量 与辐射热相等。测出加热丝两端的电压和电流，求出 电功率P0，等效于光辐射功率。 当接收面装有限制光阑时，则测得的辐射照 度由下式计算： IV E FA 式中：F-光电不等效修正项； A-限制光阑面积 激光计量 • 激光计量是光学计量的新领域，主要研究连续激光和脉 冲激光的功率和能量。一般对连续激光计量功率，而对 脉冲激光则计量能量。 • 激光是一种受激辐射的电磁能，它可以根据电磁辐射与 物质相互作用的原理，把电磁辐射转变成其他形式的能 量加以计量。激光功率和能量的计量方法与光辐射的基 本计量方法相同，常用的方法有光热法、光电法、光压 法、光磁法等。 色度计量 • 产生颜色视觉是光辐射作用于人眼的效应，而物体的颜色 既取决于光作用于物体的特性，又和人眼的视觉特性有关 。因此,国际照明委员会规定了适用于匹配等能光谱刺激 的（X）（Y）（Z）三原色数量，即标准色度观察者的光 谱三刺激值，以代表人眼的平均颜色视觉特性，用于色度 计量计算和颜色标定。 • 1931年在RGB系统的基础上，建立了CIE1931色度图，（ R）（G）（B）分别代表红、绿、蓝三个原色。根据颜色 混合原理，任何一种颜色都能够用三个原色的适当比例相 混合获得，因此，要确定某一颜色，就必须采用匹配某一 颜色的三原色比例。对某一特定颜色刺激的色度坐标与光 谱三刺激值 、 x() y()、 的关系为 z() ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) x y z z y x y z y y x y z x x x色度坐标相当于红原色的比例 y色度坐标相当于绿颜色的比例 z色度坐标相当于蓝原色的比例, x+y+z=1。 • 光源的色温和相关色温 不同的光源，由于发光物质的成分不同，光谱功率分布有 很大差异，一定的光谱功率分布表现为一定的光色。光源的光 色不仅和它发光时的温度有关，而且在和黑体辐射源的光色相 匹配的情况下，还和此时黑体辐射源的温度有关。因此，可以 把光源的光和黑体辐射的光相比较来描述光源的光色。 光源色温是指发出和某光源具有相同光色的黑体辐射源的 绝对温度。也就是用黑体辐射源加热到不同温度时所发出的不 同颜色来描述光源的颜色。 在某一确定的均匀色度图中,如果某光源与某一温度下的 黑体辐射源具有最接近的相同的光色，则此时黑体的这个绝对 温度叫做该光源的相关色温。 • 色度计量方法 一个物体的颜色是由其色度坐标来表示的，为了计量光源 或物体的色度坐标，应先对光源的光谱功率分布或物体的 光谱透过率或反射率进行测定，然后计算出颜色的三刺激 值，最后由三刺激值转换成色度坐标。 对于投射物体和反射物体，CIE规定了标准照明体的相对 光谱功率分布，只需测量得到物体色刺激的光谱透过率或 光谱反射率，就可以通过计算得出物体的色度坐标。 光谱光度测色法通过定量比较“标准”和样品在同一波长 的单色辐射功率，进一步测得其光谱反射率因数或光谱透 过率，从而得出物体的三刺激值和色度坐标。采用光谱光 度测色法制成的色度计量仪器是光谱光度测量仪
