插入式光电温度传感器的基本原理
1. 1 结构原理
插入式光电传感器的结构原理如图1 所示。
图1 传感器结构原理示意图
1. 2 感温管
根据使用现场需要,选择适用的感温管,诸如耐高
温、高压、防炸、抗腐蚀等技术功能要求,为此可选用刚
玉管、金属陶瓷管、耐高温合金管等。
在测温过程中,将感温管的盲端插入被测温介质
或热场中,感温盲端被加热至与被测温度同温,称热端。
盲端内表面产生的热辐射与温度符合热辐射定律:
E = εδT4 (1)
式中:δ为斯蒂芬为波尔兹曼常数, 其大小为5. 67 ×
10 - 8W/ m2·K4 ;ε为黑度系数。
由于感温管内径远小于管长, 可以认为是黑体辐
射,ε= 1 。因此,为感温管的互换奠定了理论基础。
1. 3 光电传感器
光电传感器由物镜、光栏、光电转换器和具有温补
特性的负载网络构成。
感温管盲端内表面热辐射光束经物端光栏、物镜
汇聚,再经象端光栏照射至光电转换器受光面,产生光
电信号输出。光路如图2 所示。
图2 光电传感器光路示意图
由光栏与透镜形成一定的视场角,只能采集盲端
很小一段内表面的辐射光,因此,传感器盲端插入深浅
不会造成测温误差。由于感温管定长,管腔与光电转
换器形成密封腔体,又可认为是黑体辐射,所以形成了
插入式,使用条件固定,不受环境干扰的辐射测温新方
法。光电转换器选用硅光电池,输出电流受环境温度
影响严重,因此设计了具有温度补偿功能的电阻网络,
保证在- 20～ + 90 ℃范围内输出信号电压稳定,极大
地减小了附加误差。
象端光栏置于焦点与象面之后,沿光轴调整光栏
4 ,可调整光电转换器受光面接受光通量的多少,对传
感器进行校正。
2 插入式光电温度传感器输出特性
插入式光电温度传感器输出电压信号与被测温度
成单值函数关系,而且极少受环境条件变化的影响。光
电转换器选用硅光电池,性能稳定,使用寿命长,可在高
温条件下工作,响应速度快,具有多方面的优越性。
被测温度转换热辐射光能量,经光路处理后,转换
成光电流和输出电压信号,经大量实验数据归纳出