任何物體在高溫下都會向外投射一定波長的電磁波(輻射能)。而電磁波的波長為0.65μm的可見光對人的眼睛為敏感，況且此波長的輻射能隨溫度變化，它的變化很顯著。
可見光能的大小表現在它對人眼亮度的感覺上。物體溫度越高，它所射出的可見光能越強，即看到的可見光就越亮。
光學高溫計測量溫度的方法就是把被測物體在0.65μm波長時的亮度和裝在儀表內部的高溫計通電燈泡的燈絲亮度作比較，當儀表燈絲亮度與被測物體所發出亮度相同時，即說明燈絲溫度與被測物體溫度相同。
因為燈絲的亮度由通過燈絲的電流決定的，每一個電流強度對應于一定的燈絲溫度，故測得電流大小即可得知燈絲的溫度，也即測得被測物體的溫度。所以這種高溫計也稱為隱絲式光學高溫計。
當合上按鈕開關K時，標準燈(又稱光度燈)的燈絲由電池E供電。燈絲的亮度取決于流過電流的大小，調節滑線電阻R可以改變流過燈絲的電流，從而調節燈絲亮度。
毫伏計用來測量燈絲兩端的電壓，該電壓隨流過燈絲電流的變化而變化，間接地反映出燈絲亮度的變化。因此當確定了燈絲在特定波長(0.65μm左右)上的亮度和溫度之間的對應關系后，毫伏計的讀數即反映出溫度的高低。所以毫伏計的標尺都是按溫度刻度的。
由放大鏡物鏡和目鏡組成的光學透鏡部分相當于一架望遠鏡。移動目鏡可以清晰地看到標準燈燈絲的影象，移動物鏡，可以看到被測對象的影象，它和燈絲影象處于同一平面上。這樣就可以將燈絲的亮度和被測對象的亮度相比較。
當被測對象比燈絲亮時，燈絲相對地變為暗色，當被測對象比燈絲暗時，燈絲變成一條亮線。調節滑線電阻R改變燈絲亮度，使之與被測對象亮度相等時，燈絲影象就隱滅在被測對象的影象中，這時說明兩者的輻射強度是相等的，毫伏計所指示的溫度即相當于被測對象的“亮度溫度”，這個亮度溫度值經單色黑度系數加以修正后便獲得被測對象的真實溫度。
紅色濾光片6的作用是為了獲得被測對象與標準燈的單色光，以保證兩者是在特定波段上(0.65μm左右)進行亮度比較。吸收玻璃3的作用是將高溫的被測對象亮度按一定比例減弱后供觀察，以擴展儀表的量程。
但是，光學高溫計畢竟是用人的眼睛來檢測亮度偏差的，也是用人工通過調整標準燈亮度來消除偏差達到兩者的平衡狀態的(燈絲影象隱滅)。
顯然，只有被測對象為高溫時，即其輻射光中的紅光波段(λ=0.65μm左右)有足夠的強度時，光學高溫計才有可能工作。
當被測對象為中、低溫時，由于其輻射光譜中紅光波段微乎其微，這種儀表也就無能為力了。所以光學高溫計的下限一般是700℃以上。
再者，由于人工操作，反應不能快速、連續，更無法與被測對象一起構成自動調節系統，因而光學高溫計不能適應現代化自動控制系統的要求。
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