CN102628715B - 光纤温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种能始终对钢铁用热轧线所运用的感应加热装置内部的所期望的位置的温度进行监视的光纤温度传感器。将光缆(13)容纳于由使用与感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质的极薄型片材所形成的框体(8、9)内，从而形成光纤温度传感器。将多个由与框体材料相同的材料所形成的极薄圆柱形材料(14)容纳于框体内的多处，将光缆(13)卷绕成相当于距离分辨力的长度以上，并将其卷绕在多个极薄圆柱形材料(14)的各个材料上而不对其进行固定，从而形成多个检测环(15)，利用多个检测环(15)，对多处的温度进行测定。
Description
技术领域
本发明涉及一种始终对运用于钢铁用热轧线的感应加热装置内部的温度进行监视的光纤温度传感器。
背景技术
在钢铁用热轧线中，加热炉预先将被加热材料(轧制材料)加热至能进行轧制的温度，粗轧机将被加热材料成形为被称为粗板带的状态。另外，精轧机将粗板带成型为具有所希望的板厚和板宽的薄板。在这样的钢铁用热轧线中，使用了以对线运送中的粗板带温度的下降实现对粗板带升温和均热、以及减轻轧机的负载为目的的感应加热装置。
作为该感应加热装置，一般已知有以升高粗板带的两边缘部的温度为目的的边部加热器、以及以升高整个粗板带的温度为目的的板带加热器。该板带加热器主要由铁心、加热线圈、以及耐热板形成，铁心、加热线圈、以及耐热板被屏蔽罩所覆盖。
来自该热轧线所运送的粗板带的辐射热、锈皮、除锈水浸入感应加热装置的内部，从而发生加热线圈和铁心的过热/烧毁、绝缘破坏、以及寿命减少。
特别是对锈皮、除锈水等浸入到感应加热装置内部最容易受到影响的加热线圈部分的状态进行确认的方法，依赖于热轧线停产时间段内的屏蔽罩的打开检查。
另外，在发生故障之后，即使迅速对感应加热装置进行修复，在有限的热轧线停产时间内也来不及修复感应加热装置，有时运转停止会持续较长时间。
因此，在钢铁用热轧线中，需要用于将在恶劣环境条件下运用的感应加热装置的突发故障防范于未然的监视方法。作为该监视方法，有使用光纤的温度监视装置，该温度监视装置被运用于例如专利文献1所记载的隧道防灾设备等多个领域。
在专利文献1所记载的隧道防灾设备中，使设置于隧道的长度方向的一条光缆的全长起到作为温度传感器的功能，对从光缆的一端到另一端的、遍及全长的温度分布一并进行测定，从而对火灾的发生进行检测。
然而，专利文献1所记载的隧道防灾设备虽然能对沿光纤的长度方向的温度分布进行测量，但温度测定点取决于距离分辨力(resolving power)。因此，能将隧道防灾设备运用于大规模的结构零部件、或以隧道为代表的大规模的线状结构物，但无法在机器内部的、极狭小的空间内直接利用光纤温度监视装置。
作为将光纤温度监视装置适用于该狭小的空间的技术，已知有专利文献2。专利文献2所记载的光纤温度传感器将光缆卷绕成与距离分辨力相当的长度以上，以对局部温度进行测定。在该专利文献2中，用粘接剂将传感器部与导热性良好的填充材料固定在一起，并将其配置成与被测定体相接触。
发明文献1：日本专利公开平8-4499号公报
发明文献2：日本专利公开平7-181086号公报
发明内容
然而，由于用粘接剂将光缆本身与导热性良好的填充材料固定在一起，因此，温度测定精度会降低。另外，对光缆本身进行固定可能会导致光缆本身在例如热膨胀、收缩重复发生、或光缆本身受到过大的力的情况下发生断路，从而无法进行温度测定。
本发明的问题在于，提供一种光纤温度传感器，即使在处于恶劣环境下、且热膨胀、收缩重复发生或受到过大的力的情况下，所述光纤温度传感器也能始终对感应加热装置的加热线圈的所期望的位置的温度进行测定。
为了解决上述问题，本发明的光纤温度传感器具有如下所述的单元。权利要求1的发明是设置于感应加热装置内的光纤温度传感器，所述感应加热装置设置于钢铁用热轧线上，将光缆容纳于由极薄型片材所形成的框体内从而形成所述光纤温度传感器，所述极薄型片材使用与所述感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质。
权利要求2的发明的特征在于，在权利要求1所记载的光纤温度传感器中，多个由与框体材料相同的材料所形成的极薄圆柱形材料容纳于所述框体内的多处，将所述光缆卷绕在所述多个极薄圆柱形材料的每一个上而不进行固定地卷绕成与距离分辨力相当的长度以上，从而形成多个检测环，利用所述多个检测环，对所述多处的温度进行测定。
权利要求3的发明的特征在于，在权利要求1或权利要求2所记载的光纤温度传感器中，对框体侧面部进行硅密封，利用包含硅类的液体绝缘材料的密封构件对所述框体的整个表面进行密封。
权利要求4的发明的特征在于，在权利要求2或权利要求3所记载的光纤温度传感器中，配置与所述极薄圆柱形材料结构相同的间隔物，以对所述检测环的空隙进行填充。
根据权利要求1的发明，将与感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质用于框体，从而耐热性、绝缘性优良，由于框体是极薄型片材，因此，能使其极其接近加热线圈。因此，即使在处于恶劣环境下且热膨胀、收缩重复发生或受到过大的力的情况下，也能始终对感应加热装置的加热线圈的所期望的位置的温度进行测定。另外，由于框体是极薄型片材，因此，能将光纤温度传感器设置于狭小的空间内，非常轻便，在维护时容易进行交换、装卸。
根据权利要求2的发明，将光缆卷绕于多个极薄圆柱形材料的每一个上而不进行固定从而形成检测环，利用该检测环，即使热膨胀、收缩重复发生、或受到过大的力等，光缆也能对温度进行测定而不发生断路。另外，能利用多个检测环来测定加热线圈面的所期望的位置的温度。
根据权利要求3的发明，由于对框体侧面部进行硅密封，并利用包含硅类的液体绝缘材料的密封构件对框体的整个表面进行密封，因此，能防止锈皮、除锈水的浸入。
根据权利要求4的发明，由于配置与极薄圆柱形材料结构相同的间隔物，以对检测环的空隙进行填充，因此，即使受到过大的力，光纤温度传感器本身也不会损坏，从而光缆能对温度进行测定而不发生断路。
附图说明
图1是表示设置有本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的边部加热器的立体图。
图2是表示本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的内部结构的图。
图3是表示本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的剖视图。
图4是表示本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的实测数据的图。
图5是表示设置有本发明的实施例2所涉及的光纤温度传感器的板带加热器的立体图。
图6是表示本发明的实施例2所涉及的光纤温度传感器的内部结构的图。
图7是表示使用本发明的光纤温度传感器的温度分布测定装置的结构框图。
图8是表示设置有本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的边部加热器的变形例的结构图。
标号说明
1 粗板带
2 加热线圈
3 耐热板
4 边部加热器用光纤温度传感器
5 C型铁心
6 径向铁心
7 屏蔽罩
8 框体上表面
9 框体底面
10 框体侧面
11 硅密封
12 密封构件
13 光缆
14 极薄圆柱形材料
15 检测环
16 圆形间隔物
17 实测数据
80 框体孔部
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的光纤温度传感器的实施方式进行详细说明。
[实施例1]
图1是表示设置有本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的边部加热器的立体图。在图1中，在由板材所形成的粗板带1的下表面上，相对地配置有加热线圈2和耐热板3，在加热线圈2与耐热板3之间，配置有椭圆形的边部加热器用光纤温度传感器4。
如图2所示，在边部加热器用光纤温度传感器4上，形成有框体孔部80，在该框体孔部80中插入有图1所示的椭圆形的径向铁心6。加热线圈2、耐热板3、以及光纤温度传感器4配置于C型铁心5的凹部的下部。另外，在C型铁心5的凹部的上部也配置有加热线圈2、耐热板3(未图示)、以及光纤温度传感器4(未图示)。即，配置有两个光纤温度传感器部。屏蔽罩7覆盖加热线圈2、耐热板3、光纤温度传感器4、C型铁心5、以及径向铁心6。
在图1所示的边部加热器中，使电流流过加热线圈2从而产生磁场，利用该磁场在C型铁心5和径向铁心6上形成磁闭路，利用贯穿粗板带1的磁场所产生的能量对粗板带1进行加热。
作为边部加热器用光纤温度传感器4的形状，优选为椭圆形。其原因在于，边部加热器除了主要包括加热线圈2和耐热板3以外，还包括C型铁心5、径向铁心6、以及屏蔽罩7，而加热线圈2以包围椭圆形的径向铁心6的形状进行配置，边部加热器用光纤温度传感器4配置于加热线圈2与耐热板3之间。
图2是表示边部加热器用光纤温度传感器4的内部结构的图。图3是本发明中的光纤温度传感器的剖视图。
边部加热器用光纤温度传感器4具有框体，该框体由使用了与感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质的、椭圆形的极薄型片材形成。框体由框体上表面8、框体底面9、框体侧面10、以及框体孔部80形成，内部容纳有光缆13。使用玻璃环氧树脂层叠板作为框体。
利用硅密封材料对框体侧面10施加了硅密封11。另外，利用包含硅类的液体绝缘材料的密封构件12对框体的整个表面进行了密封。
在框体内的多处，容纳有由与框体材料相同的材料所形成的多个极薄圆柱形材料14。在多个极薄圆柱形材料14的每一个上，将光缆13卷绕成与距离分辨力相当的长度以上而不进行固定地形成有多个检测环15，利用多个检测环15，对加热线圈2的多处的温度进行测定。
另外，配置有与极薄圆柱形材料14结构相同且材料相同的圆形间隔物16，以对检测环15的空隙进行填充。
优选的是加热线圈2与耐热板3非常接近，光纤温度传感器4的厚度尽可能地薄。因此，框体上表面8、框体底面9的厚度是L2、L3，分别为0.5mm的极薄型片材。作为为了将光缆13进行卷绕所需要的最小尺寸，将检测环15和圆形间隔物16的厚度L1设定为1mm。因而，将整个光纤温度传感器的厚度设为2mm。对光缆13进行卷绕，使其相对于极薄圆柱形材料14具有若干间隔。
图4是表示本发明的实施例1所涉及的光纤温度传感器的实测数据的图，表示加热线圈2的所期望的位置上的时间序列的温度变化。所使用的边部加热器用光纤温度传感器4在框体内部具有22个检测环15。如图4所示，在耐热板3与加热线圈2之间，每隔一段时间，在22处中的任何位置上都能对温度变化进行收集。作为运用，始终对温度变迁进行监视，以掌握急剧的温度变化和温度逐渐持续上升的温度变化的倾向，从而能对老化和突发故障的发生进行预测。
根据这样的实施例1的光纤温度传感器，将与感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质用于框体，从而耐热性、绝缘性优良，由于框体是极薄型片材，因此，能使其极其接近加热线圈。另外，由于框体是极薄型片材，因此，能将光纤温度传感器设置于狭小的空间内，非常轻便，在维护时容易进行交换、装卸。
另外，将光缆13卷绕于多个极薄圆柱形材料14上而不进行固定从而形成检测环15，利用该检测环15，即使热膨胀、收缩重复发生、或受到过大的力等，光缆13也能对温度进行测定而不发生断路。另外，能利用多个检测环15来测定加热线圈面的所期望的位置的温度。
另外，由于对框体侧面部进行硅密封，并利用包含硅类的液体绝缘材料的密封构件12对框体的整个表面进行密封，因此，能防止锈皮、除锈水的浸入。
此外，由于配置与极薄圆柱形材料结构相同的间隔物16，以对检测环15的空隙进行填充，因此，即使受到过大的力，光纤温度传感器本身也不会损坏，从而光缆13能对温度进行测定而不发生断路。
[实施例2]
图5(a)是表示设置有本发明的实施例2所涉及的光纤温度传感器的板带加热器的立体图。图5(b)是表示本发明的实施例2所涉及的光纤温度传感器的剖视图。
在图5所示的实施例2中，在箱状的加热线圈2a的内部下表面侧，沿加热线圈2a的长边方向依次配置有四个平板状的光纤温度传感器4a～4d。在光纤温度传感器4a～4d的上表面上，配置有耐热板3a，该耐热板3a覆盖粗板带1。
作为板带加热器用光纤温度传感器4a～4d的形状，优选为平面。其原因在于，板带加热器由卷绕着的加热线圈2a形成，而其与该粗板带1相对的面为平面形状，板带加热器用光纤温度传感器4a～4d配置于加热线圈2a与耐热板3a的面之间。
在板带加热器的情况下，被卷绕的加热线圈的宽度必须宽于粗板带的宽度，从而具有2m左右的的宽度。为了被配置在加热线圈2下表面的宽度即2m宽度内，作为被配置的多块板带加热器用光纤温度传感器4，配置有四块具有500mm宽度的尺寸的光纤温度传感器4a～4d。由此，交换等维护和操作变得容易。
图6是表示本发明的实施例2所涉及的光纤温度传感器的内部结构的图。图6所示的光纤温度传感器的截面与图3所示的边部加热器用光纤温度传感器4相同。
利用硅密封材料对框体侧面施加了硅密封11a。另外，利用包含硅类的液体绝缘材料的密封构件12对框体的整个表面进行了密封。
在框体内的多处，容纳有由与框体材料相同的材料所形成的多个极薄圆柱形材料14a。在多个极薄圆柱形材料14a的每一个上，将光缆13a卷绕成与距离分辨力相当的长度以上而不进行固定地形成有多个检测环15a，利用多个检测环15a，对多处的温度进行测定。
另外，配置有与极薄圆柱形材料结构相同且材料相同的圆形间隔物16a，以对检测环15a的空隙进行填充。
优选的是，加热线圈2a与耐热板3a非常接近，光纤温度传感器的厚度尽可能地薄。因此，框体上表面8a、框体底面9a分别是厚度为0.5mm的极薄型片材。作为为了将光缆13a进行卷绕所需要的最小尺寸，将检测环15a和圆形间隔物16a的厚度设定为1mm。因而，将整个光纤温度传感器的厚度设为2mm。对光缆13a进行卷绕，使其相对于极薄圆柱形材料14a具有若干间隔。
图7是表示使用本发明的光纤温度传感器的温度分布测定装置的结构框图。参照图7，对使用光纤温度传感器的温度分布测定处理进行说明。温度分布测定装置包括脉冲发生器21、光源22、分光器23、感光器24、数据处理部25、以及数据显示部26。
脉冲发生器21产生脉冲信号，并将脉冲信号输出至光源22。光源22将与来自脉冲发生器21的脉冲信号相对应的光信号输出至分光器23。分光器23将来自光源22的光信号输出至四根光缆13a～13d。四根光缆13a～13d分别是具有图6所示结构的光缆，分别具有光纤温度传感器4a～4d。
因此，分光器23将光信号传送至四根光缆13a～13d，将由四根光缆13a～13d传送来的光信号输出至感光器24。数据处理部25基于来自感光器24的光信号，利用光缆13a～13d所具有的光纤温度传感器4a～4d的温度信息，对加热线圈面的所期望的位置的温度分布进行测量，数据显示部26对加热线圈面的所期望的位置的温度分布进行显示。
图8是表示本发明的实施例1所涉及的边部加热器用光纤温度传感器的使用例的结构图。在图8中，作为钢铁用热轧线上的边部加热器基本配置，示出了前后左右相对的四台边部加热器。配置有四个C型铁心5a～5d，在C型铁心5a、5b、5c、5d中贯穿有粗板带1a。对C型铁心5a与C型铁心5c进行配置，使它们的凹部相对，对C型铁心5b与C型铁心5d进行配置，使它们的凹部相对。
将粗板带1a夹在各C型铁心5a～5d中，可以将各边部加热器用光纤温度传感器配置于下部侧加热线圈2a1～2d1与下部侧耐热板3a1～3d1之间、以及上部侧加热线圈2a2～2d2与上部侧耐热板3a2～3d2之间。即，可以配置八个光纤温度传感器。
例如，将配置于C型铁心5a～5d的下部侧的四个光纤温度传感器与图7所示的分光器23的输出侧相连接，从而能对加热线圈面的所期望的位置的温度分布进行测量。
工业上的实用性
本发明能适用于钢铁用热轧线所运用的感应加热装置。
Claims (3)
1.一种光纤温度传感器，所述光纤温度传感器是设置于感应加热装置内的光纤温度传感器，所述感应加热装置设置于钢铁用热轧线上，该光纤温度传感器的特征在于，
将光缆容纳于由极薄型片材所形成的框体内从而形成所述光纤温度传感器，所述极薄型片材使用与所述感应加热装置所使用的绝缘材料相同的材质，
多个由与框体材料相同的材料所形成的极薄圆柱形材料容纳于所述框体内的多处，将所述光缆卷绕在所述多个极薄圆柱形材料的每一个上而不进行固定地卷绕成与距离分辨力相当的长度以上，从而形成多个检测环，利用所述多个检测环，对所述多处的温度进行测定。
2.如权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，
对框体侧面部进行硅密封，利用密封构件对所述框体的整个表面进行密封，该密封构件包含硅类的液体绝缘材料。
3.如权利要求1或2所述的光纤温度传感器，其特征在于，
配置与所述极薄圆柱形材料结构相同的间隔物，以对所述检测环之间的空隙进行填充。
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (2)
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