CN101441119A - 复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统包括非接触式测温仪、恒温箱、隔尘套筒和旋流发生器，恒温箱通过隔板分割为前后两部分，测温仪设于后部空腔，隔尘套筒位于前部空腔。隔尘套筒前端设有透镜，在隔尘套筒前端设有旋流发生器，在旋流发生器前端设有窥视管。探头通过隔尘套筒、透镜和窥视管与测温表面对视。旋流发生器在隔尘套筒前产生一定的正压，使得外界的污染物不能接近隔尘套筒和透镜，被测物表面的热射线也不被参与性介质吸收而能直接传入测温探头。窥视管防止了其余部分的热辐射对测温仪温度的修正所带来的困难。恒温箱和隔尘套筒为测温仪提供了良好的工作环境，故本发明能够在复杂环境下长期、稳定、连续、准确的进行温度测量。

Description

复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统

技术领域

本发明涉及一种长期测温系统，具体指在复杂环境下高温固体表面温度的长期准确测量系统。本测温系统主要应用于金属连铸二次冷却过程铸坯表面温度在线测量、加热炉在线测温、金属轧制过程在线测温等连续性生产系统，对实现在粉尘、油污、水气等复杂环境下长期在线、连续、准确的温度测量，提高生产工艺控制和产品的质量具有重要意义。

背景技术

近年来，我国冶金工业的发展十分迅速，其中，钢铁制品产量已连续十几年居世界第一位。为了能够更进一步的提高产品的质量，对生产过程参数的控制显得尤为重要。温度是冶金过程中一个基本的物理量，也是应用最普遍、最重要的工艺参数。然而，冶金过程中温度的长期准确测量并非易事，即使有了准确度很高的温度计，如果测量方法选择不当，或者测量环境不能满足要求，很难达到预期的结果。

在钢、铝等黑色和有色金属的连续铸锭、加热、轧制等生产中，由于其生产过程具有高温、连续、运动的特性，使得传统的接触式温度测量仪表诸如热电偶、热电阻等很难实现温度测量，而非接触式辐射测温仪表可以解决对运动目标的测温。目前，对运动目标的温度测量方法大都采用基于光电效应和热辐射相关原理的非接触式测温，如红外三色辐射测温仪、AGA780热像仪、CIT-M型红外测温线性化传感器、HWSG-II红外双色测温仪、分叉式光纤比色智能化测温仪、SW-1型比色高温测温仪、红外热相仪、HWG-1辐射测温议、线阵CCD测温仪、LAND红外测温仪等，但这些非接触式测温仪均对测温环境有较高的要求，既要能“看”得见被测物体，又要测温仪自身探头在严格的环境下工作。

由于冶金生产的连续性和环境的复杂性，上述两个条件都不能得到很好的满足，一是因为通常在测温探头和被测物体之间存在吸收介质(如加热炉中的烟雾、灰尘，轧制和连续铸锭过程中的CO₂、水雾介质、油污等)，将影响测量结果，使读数偏低，且难修正。为避免烟雾、灰尘、水雾介质等对辐射波长的影响，通常的做法是采用高速气流吹扫光路的方法减弱烟雾、灰尘、水雾介质对辐射波长的吸收，也满足被测物体能够被测温仪“看”得见，并且考虑光路的要求，气流是垂直喷向被测表面的，这样吹扫不是普通的对流换热，而是强制的换热——喷流换热，这使铸坯测试点的温度产生较大幅度的降低，大大增加温度测量的误差。有的采用吹扫光路和人工智能相结合的方法，通过修正系数而得到被测表面的温度。通常光路吹扫后，在光路上仍然会有少量烟雾、灰尘、水雾介质，这时采用人工神经元网络学习的方法修正测温误差。由于受到样本数量的限制和人工智能学习本身的缺陷，这种方法在实际生产中很难有广泛的实用价值。有的采用三色辐射温度计非接触式测温，这种方法不需知道被测固体表面的发射率，通过避开选择性气体的吸收峰对红外波长的电磁波能量的吸收来提高测温的准确度，由于这种仪表的稳定性受限于滤光片、探测器的光谱稳定性和波长(波长段)选择的局限，同时结构复杂，价格昂贵，目前在工业上还没有得到广泛的应用。

目前在冶金生产过程中对温度的测量的研究基本都侧重于测温方法和设备的选择以及如何矫正温度测量的误差等，而如何满足测温仪在生产现场能够长期在线、连续的工作，并对稳定测温的误差不产生太大的影响的研究工作基本没有涉及。由于冶金生产过程大多伴随着高温、高湿、高粉尘的特点，很容易引起测温仪不正常的工作，从而使得测温设备经常损坏而带来高昂的设备维修费用；另一个方面，由于高湿和高粉尘的环境，使得测温探头极易受到污染，由于测温探头的污染所带来的温度测量误差远比中间介质对温度测量的误差所带来的误差要高。同时，测温设备在现场工作过程中，为了减少测量距离对测温结果的影响，在温度测量的过程中需要考虑距离系数，而随着测温距离的缩短，测温仪器的测温环境更加恶劣，由于在恶劣的环境中工作，其探头极易被污染，如在连铸过程中在线测温，测温距离为300mm，探头或探头前的防尘玻璃在5-10分钟内就被污染而使测量温度读数显著失真，即使在采取一定的清洗措施，仍然很难解决这个问题，这使得在复杂环境下如何为测温仪提供一个干净的外部环境成为一个最大的限制环节之一。

综上所述，复杂环境下的运动高温固体表面温度的测量在工程上是一个难题，非接触式测温仪均对测温环境有较高的要求，既要能“看”得见被测物体，又要测温仪自身探头在严格的环境下工作。既要解决被测物体与测温探头之间的吸收介质对辐射测温的影响，又要防止因测温环境的恶劣使得测温探头被污染而造成温度测量的更大的误差，因此，如何解决和保证测温探头良好的工作环境和不被污染，是在复杂环境中高温固体表面温度长时间稳定、准确、连续进行温度测量的基础，也是本领域技术人员殛待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种在复杂环境下能够长期、稳定的工作，并能够连续、准确地获得被测物温度的高温固体表面测温系统。

本发明的目的是这样实现的：复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，包括非接触式测温仪，其特征在于：它还包括恒温箱、隔尘套筒和旋流发生器，恒温箱内部空腔通过隔板分割为前后两部分，所述非接触式测温仪设于恒温箱后部空腔内，隔尘套筒位于恒温箱前部空腔内，隔尘套筒后端安装在隔板上，隔尘套筒前端设有透镜，隔尘套筒内部空腔与恒温箱后部空腔连通形成全封闭结构，非接触式测温仪的探头通过隔尘套筒中心孔和透镜与测温表面对视，在隔尘套筒前端设有旋流发生器，旋流方向正对测温表面，恒温箱壁上设有旋流介质入口，该入口与恒温箱前部空腔相通。

在旋流发生器前端设有窥视管，窥视管对准被测物体。窥视管一方面将非测温表面(其余部分)的热辐射隔离，以消除对测温表面热辐射的影响，从而使测温更准确。另一方面使旋流气体只在窥视管内部产生，进一步提高了旋流气体带来的功效。

在旋流介质入口前端设有干燥净化装置，旋流介质在进入恒温箱前首先进行干燥和净化。

所述恒温箱为双层结构，在中间形成空心夹层，在恒温箱外层外壁上设有与空心夹层相通的冷却介质入口和冷却介质出口，在恒温箱内层中设有电子温度计，电子温度计通过电缆与远程控制器连接，远程控制器根据电子温度计的信息自动调整流量阀的开度以改变冷却介质的流量。

相比现有技术，本发明的最大优点在于能够在复杂环境(高温、高湿、高粉尘等)下长期、稳定、连续、准确的进行温度测量。具体体现在以下几点：

(1)在温度测试过程中，通过输送管将干燥、干净的旋流介质输入旋流发生器，在窥视管内产生特殊流动的旋流气体，保证在隔尘套筒前产生一定的正压，使得外界的污染物不能接近隔尘套筒和透镜，大大减少了隔尘套筒和透镜的清洁次数；同时，产生的旋流气体能吹开一条光路，使得被测物表面的热射线不被参与性介质(浓烟、水雾介质、浓尘等)吸收而能直接传入非接触式测温探头，从而准确的获得被测物体表面的温度。

(2)在测温仪前装有窥视管，这有效的防止了其余部分的热辐射对测温仪温度的修正所带来的困难。如在对加热炉进行温度测量时，壁面的热辐射对测温结果的影响。同时，窥视管使旋流气体只在特定方向和空间产生，便于旋流气体的控制，进一步提高了旋流气体带来的功效。

(3)恒温箱使测温仪保持在恒温、恒定湿度的工作环境下，避免了测温仪自身处于高温环境下对测温造成的不利影响，这对于非接触式的测温仪在高温环境下的稳定工作具有重要意义。

(4)旋流介质可以根据不同的应用场合进行选择，如能通空气时尽量通空气，不能通空气时，可以为惰性气体，使得本系统能够在较广泛的复杂测温领域获得应用。

附图说明

图1-本发明结构示意图。

具体实施方式

参见图1，从图上可以看出，本发明的复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，包括非接触式测温仪5、恒温箱10、隔尘套筒7、旋流发生器9和窥视管8，恒温箱10内部空腔通过隔板分割为前后两部分，所述非接触式测温仪5设于恒温箱后部空腔内，隔尘套筒7位于恒温箱前部空腔内。

隔尘套筒7前端装有具有防尘功能和对光的透镜，隔板上设有通孔，隔尘套筒后端开口并安装在隔板上，隔尘套筒内部空腔与恒温箱后部空腔连通形成全封闭结构。隔尘套筒后端既可以通过隔板上的通孔伸入恒温箱后部空腔内，也可以只安装在隔板上使隔板上的通孔与套筒中心孔正对。旋流发生器9设于隔尘套筒7前端，旋流方向正对测温表面，隔尘套筒7前端位于旋流发生器9中心。恒温箱10壁上设有旋流介质入口3，该入口与恒温箱前部空腔相通。为了不使旋流介质通过恒温箱后部空腔，旋流介质入口3通过穿过恒温箱后部空腔和隔板的导管与恒温箱前部空腔连通。在旋流介质入口3前端设有干燥净化装置4，旋流介质在进入恒温箱前首先进行干燥和净化。

窥视管8设于旋流发生器9前端，窥视管8对准被测物体。窥视管8一方面将非测温表面(其余部分)的热辐射隔离，以消除对测温表面热辐射的影响，从而使测温更准确。另一方面使旋流气体只在窥视管内部产生，进一步提高了旋流气体带来的功效。非接触式测温仪的探头通过隔尘套筒中心孔、透镜和窥视管与测温表面对视。探头既可以伸入隔尘套筒中，也可以位于隔尘套筒外。

所述恒温箱10为双层结构，在中间形成空心夹层，在恒温箱外层外壁上设有与空心夹层相通的冷却介质入口1和冷却介质出口6，在恒温箱10内层中设有电子温度计2，电子温度计通过电缆与远程控制器连接，其测得的恒温箱的温度信号通过电缆传送至远程控制器，当恒温箱内温度高于或者低于设定值，远程控制器自动控制流量阀开度大小以调整冷却介质的流量，达到恒温箱温度恒定的目的，保证测温探头的稳定工作。

本发明所指恒温箱前后空腔和隔尘套筒前后端的说明：靠近测温物体为前，远离测温物体为后。

在现场测温时，将窥视管对准被测物体，被测物体表面的热射线依次通过窥视管、隔尘套筒前的透镜和隔尘套筒进入测温探头而完成温度测量。由于旋流气体适当的吹扫，使得窥视管内及辐射光路上的参与性介质(浓烟、水雾介质、油性气体、浓尘等)不会吸收热辐射，对测温不会产生影响，确保测温准确；另一方面，参与性介质(浓烟、水雾介质、油性气体、浓尘等)也不会污染透镜，大大减少了透镜和隔尘套筒的清洗次数。

当开始测试时，由入口3通入旋流介质，旋流介质经过干燥净化装置4后，通过旋流发生器9在窥视管8内产生特殊旋流，以使得在隔尘套筒前产生一定的正压，防止外界含有油污、粉尘、水雾的空气污染防尘玻璃。在满足测温仪的正常工作的情况下，为了满足测温仪在使用时在最小流量和压力的旋流介质在窥视管产生的旋流的情况合理，运用FLUENT软件对窥视管的形状和旋流介质的流量和压力进行优化，以使旋流介质的吹扫对温度的影响最小，同时又能防止外界含有油污、粉尘、水雾的空气污染防尘透镜。

Claims (4)

1、复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，包括非接触式测温仪(1)，其特征在于：它还包括恒温箱(10)、隔尘套筒(7)和旋流发生器(9)，恒温箱(10)内部空腔通过隔板分割为前后两部分，所述非接触式测温仪(1)设于恒温箱后部空腔内，隔尘套筒(7)位于恒温箱前部空腔内，隔尘套筒后端安装在隔板上，隔尘套筒前端设有透镜，隔尘套筒内部空腔与恒温箱后部空腔连通形成全封闭结构，非接触式测温仪的探头通过隔尘套筒中心孔和透镜与测温表面对视，旋流发生器(9)设于隔尘套筒(7)前端，旋流方向正对测温表面，恒温箱(10)壁上设有旋流气体入口(3)，该入口与恒温箱前部空腔相通。

2、根据权利要求1所述的复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，其特征在于：在旋流发生器(9)前端设有窥视管(8)，窥视管对准被测物体。

3、根据权利要求1或2所述的复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，其特征在于：在旋流气体入口(3)前端设有干燥净化装置(4)。

4、根据权利要求3所述的复杂环境中高温固体表面长期准确测温系统，其特征在于：所述恒温箱(10)为双层结构，在中间形成空心夹层，在恒温箱外层外壁上设有与空心夹层相通的冷却介质入口(1)和冷却介质出口(6)，在恒温箱(10)内层中设有电子温度计(2)，电子温度计通过电缆与远程控制器连接，远程控制器根据电子温度计的信息自动调整流量阀的开度以改变冷却介质的流量。

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