CN103868599A - 红外测温光学探头在小炉盖上的瞄准和定位安装装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能在焦炉火道的小炉盖上，实施红外测温光学探头的瞄准和定位安装的技术方案；该技术方案包括：一套可使红外测温光学探头能瞄准和锁定鼻梁砖中心点测温的一体化的向心球关节结构的安装装置；一套能在安装红外测温光学探头前，使该安装装置的测量指向能事先对准鼻梁砖中心点的辅助瞄准工具—瞄准杠杆；以及对小炉盖采取的简单、实用和有效的隔热降温措施，使安装人员能直接用手对上述安装装置实施高精度的瞄准调节和快速锁定操作；并且，有益于在小炉盖上安装的红外测温仪，少受从下向上的不良热传导影响，保持良好的测量性能；本技术方案的特点是：用一种容易实施和简单有效的新方式，创造性地解决了一个一直被刻意回避和不容易实施解决的工程难题；在工业先进性、实用性和有效性上，超越现有技术。

Description

红外测温光学探头在小炉盖上的瞄准和定位安装装置

技术领域

本发明涉及：一种使在焦炉火道的小炉盖上安装的红外测温光学探头，能准确瞄准和锁定火道底部的鼻梁砖进行温度测量的安装装置，属于光学测温和焦炉热控领域。

背景技术

煤焦化行业普遍使用便携式红外测温仪，人工巡测焦炉燃烧室火道的温度；由于火道底部的气道口和三角区鼻梁砖的温度不同，所以，该行业制定了要求“瞄准鼻梁砖测温”的统一工艺规定。

焦炉火道的在线测温，在小炉盖上安装的红外测温仪，要遵循上述工艺规定，“瞄准鼻梁砖测温”。

受限于焦炉顶上允许安装使用的环境条件，自带瞄准系统的红外测温仪不能起作用，常用的安装调节装置也不能使用；所以，一定要另有一套能调节和锁定红外测温仪光学探头瞄准指向的特殊安装装置，才能做到“瞄准鼻梁砖测温”。

现有技术的不足和缺点 ：

1）申请号：200620071265.1 《焦炉火道温度非接触式在线测温系统》的中国实用新型授权专利，该专利描述的是简单的“概念”，专利附图是简笔画；没有“瞄准鼻梁砖测温”的描述和实施方法；专利权人与上海协同物理研究所往来的30多封邮件（从2005年12月29日到2010年8月3日的邮件，电脑服务器中可查），安徽工业大学华冶自动化工程公司和马鞍山蓝天化工自动化科技有限公司购买仪器的银行汇款凭证，上海协同物理研究所销售仪器开出的增值税发票，和该专利权人公开发表的论文中所附的焦炉现场测温照片，均表明：在该专利申请前后，专利权人选用的焦炉火道温度非接触式在线测温装置，出自上海协同物理研究所的设计，当时，不具备“瞄准鼻梁砖测温”的结构和功能；

2）2009年的《上海市高新技术成果转化项目》，项目编号：200907449，项目名称：《XTIR—F 光纤红外测温仪》，项目单位：上海协同物理研究所；在该项目的系列产品中，有一款型号：XTIR—F915 的光纤红外测温仪，专用于焦炉火道测温，当时，没有“瞄准鼻梁砖测温”的专用安装装置，2010年后，在焦化行业没有再推广使用；

3）申请号：201020600087.3 《红外辐射测温光学系统》的实用新型授权专利，专利权人：安徽工业大学和太原煤气化股份有限公司，在申请日前，是上述XTIR—F915 光纤红外测温仪的购买和使用者；该专利发明人将所购的XTIR—F915 仪器的光学探头拆卸后，按零件的装配顺序排列，测绘，作为了专利附图；专利中，有这样的描述：在“反射镜”上“镀制对目标辐射波段全反的膜层”，然后在后面放置的“分划板”上看“目标像的大小和位置”，再“利用放大镜在光纤法兰上方观察一下目标像是否在法兰内孔中心”；这是缺乏常识和专业知识的错误描述；在“瞄准鼻梁砖测温”方面，该专利没有描述和创新改进；

4）2010年，出现型号：AHIR—F915 的光纤红外测温仪，它克隆了上述XTIR—F915 光纤红外测温仪，克隆单位是马鞍山蓝天化工自动化科技有限公司，该公司的法人代表，安徽工业大学教授，曾为上海协同物理研究所出具过书面“用户报告”：高度评介XTIR—F915 光纤红外测温仪在测量火道温度时的性能；在安徽工业大学的相关科研论文、专利、科技进步奖和国家“校企横向科研合作课题”优惠政策的支持下，AHIR—F915 光纤红外测温仪在国内煤焦化行业推广销售，影响较大；但没有创新改进，不能“瞄准鼻梁砖测温”；

5）申请号：201210091489.9 《一种用于焦炉立火道的温度在线测量装置及其测量方法》的发明专利，申请人：马钢（集团）控股有限公司和马鞍山钢铁股份有限公司，在申请日前，是上述XTIR—F915 和AHIR—F915 光纤红外测温仪的购买和使用者，该专利“照样画葫芦”，克隆了在前的申请号：201020600087.3 的专利附图，对前专利中的“错误描述”，也照抄不误；没有创新改进，对“瞄准鼻梁砖测温”没有任何描述；在多名专利发明人中，有一位是安徽工业大学的教授，在前的申请号：201020600087.3的专利中，也是发明人之一；

6）中国的很多家钢铁和煤焦化企业，现在正在使用AHIR—F915 光纤红外测温仪测量火道的温度；现场仪表的显示温度与想象中的鼻梁砖温度相差太大，就调整仪表上的“红外发射率修正值”，使测温仪表的显示温度，看上去能够被接受；于是，在同一座焦炉上，各火道测温仪表上的“红外发射率修正值”是“五花八门”的，从科学测温的角度看，有一点“自欺欺人”；

7）2013年底，在山西省的某焦化企业中，还新发现有：美国Fluke公司的Raytek MI3 红外测温仪，和一种型号 HDIR-5 的便携式红外测温仪作为在线式仪器，安装在小炉盖上测温，但是，也没能“瞄准鼻梁砖测温”；

8）国内有多篇公开发表的涉及到焦炉火道测温的论文（上网可查阅），从论文所附的照片上看，所使用的仪器不能“瞄准鼻梁砖测温”；在论文中，对“瞄准鼻梁砖测温”也没有描述和交代；重复论文中的实验：对同座焦炉，同质的鼻梁砖，用同样的在线式红外测温装置，设置同样的目标发射率修正值（这是应该要遵循的科学测量准则），不能得到论文所述的测量结论；

9）专利号：ZL201110131767.4 《一种适用于高温环境的在线光纤红外测温装备》的授权发明专利，在该专利的实施过程中，发现的不足和缺点是：

a.在该专利技术中，有“安装并可精确调准和锁定光学探头测量指向的基座（100）”；缺点是：“其结构分上下二层（101和102）”，夹缝中会积聚煤粉；“取代小炉盖的基座（100）”温度会很高；要拧紧几个螺栓（103），才能锁定基座（100）中的球体（105）；这些都不利于人手接触和操作；

b.在该专利技术中，有“带有一个便携式光纤红外测温仪的信号处理显示盒（505）”的具有测温功能的“长臂瞄准杠杆（500）”；缺点是：“长臂瞄准杠杆（500）”的光学瞄准器（501）内，会有分光镜；若采用通常使用的片式镀膜分光镜，则在远距离瞄准鼻梁砖（小目标）时，“长臂瞄准杠杆（500）”本身的同轴转动，也会产生瞄准点的偏移误差；而且，一台“便携式光纤红外测温仪”绑定在“长臂瞄准杠杆（500）”上，虽可起测温作用，却更是一个累赘，弊远大于利；

c.在该专利技术中，“长臂瞄准杠杆（500）”的杆身，采用了长1.6米的窥视管（502）；优点是：安装人员能站着用“长臂瞄准杠杆（500）”搜寻和瞄准鼻梁砖，缺点是：要蹲下身去，拧紧“螺栓（103）”，锁定“基座（100）”中的“球体（105）”；这种身位变化的操作方式，会影响手持“长臂瞄准杠杆（500）”的稳定性，带来“瞄准—锁定”操作偏差，包括上述的：“长臂瞄准杠杆（500）”本身的同轴转动，产生瞄准点的偏移误差。

发明内容

本发明的任务是，对专利号：ZL201110131767.4 的发明专利，在实施过程中的不足，作出有实用性、新颖性和创造性的改进：

A.一种一体化的向心关节球结构的瞄准和定位安装装置，在小炉盖上能方便地实施安装；其主要特征是：一体化，自带锁定结构，能直接用手操作锁定关节球、快速阻止其转动；

B.一根使用方便的瞄准杠杆，其主要特征是：简单、实用；瞄准杠杆光学系统的瞄准中心线与杠杆杆身完全同轴，光轴直线指向被瞄准的鼻梁砖中心点，瞄准杠杆的自身同轴转动或替换后的红外测温仪光学探头的同轴转动，瞄准中心点都不会产生偏移误差；

C.对小炉盖实施隔热降温改造。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1）一体化的向心关节球结构的瞄准和定位安装装置，外表简洁，对小炉盖的加工要求低，在小炉盖上安装方便；在焦炉炉顶上，不会积聚煤粉，影响炉顶清扫；也不会影响瞄准和定位安装装置本身的散热；并且，自带锁定结构，对关节球的锁定，方便、快捷；

2）作为辅助工具的瞄准杠杆，不带测温装置，更加简单、牢靠和实用：瞄准杠杆的总体高度按照人体半蹲式操作工位设计，安装人员采用半蹲式体位，一手持瞄准杠杆，插入一体化的瞄准和定位安装装置中，撬动关节球转动，同时通过瞄准杠杆上端的光学瞄准系统，肉眼搜寻鼻梁砖，当看到鼻梁砖中心位于瞄准系统的成像板中心时，不必变动体位，就可以用另一只手快速锁定关节球；这种眼和双手协同的“瞄准—锁定”操作方式，能达到很高的瞄准定位精度；

3）对小炉盖采取了简单、实用和有效的隔热降温技术方案，首先的好处是：降低了安装在小炉盖上的一体化的瞄准和定位安装装置的温度，不会烫手；安装人员能直接用手接触操作，确保眼和双手协同的“瞄准定位”精度；进一步的好处是：有效降低了高温炉气通过小炉盖和一体化的瞄准和定位安装装置上传的温度影响，有益于安装在上面的红外测温仪，保持高稳定性和高精度的测温性能。

附图说明

图1：一种采用顶紧螺丝锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置；

图2：一种采用顶紧螺丝锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置，在小炉盖上的安装示意图；

图3：一根具有同轴瞄准光学系统的瞄准杠杆；

图4：在一体化的瞄准和定位安装装置中，插入瞄准杠杆，调节瞄准指向的示意图；

图5：红外测温光学探头，一体化的瞄准和定位安装装置和吹扫器，在小炉盖上的安装示意图；

图6：一种采用锁紧螺母锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置，在小炉盖上的安装示意图；

图7：一种自带吹扫器，采用锁紧螺母锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置，在小炉盖上的安装示意图；

图8：一种不带吹扫器的，采用锁紧螺母锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置，在采取隔热降温措施的小炉盖上的安装示意图；

图9：一种不带吹扫器的，采用顶紧螺丝锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置，在采取隔热降温措施的小炉盖上的安装示意图。

具体实施方式

实施例1：

图1.是一种采用顶紧螺丝锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)。

如图1.所示：一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)，其主体是一个向心球关节轴承（110），关节球（112）被围在一个有内球面的外圈轴瓦（111）中间，由于内、外球面的滑动接触，所以，关节球（112）球心位置不变，球体可以在一定角度范围内作倾斜旋转；在外圈轴瓦（111）上，有3个120° 均布的螺孔（111[a])、（111[b])和（111[c])，拧入顶紧螺丝，可以锁定关节球（112）；安装底座（130）中间有上、下二层环形台阶（131）和（132），在下层环形台阶（132）中，嵌入密封垫圈（140）；在上层环形台阶（131）中，压入向心球关节轴承（110）紧配，并在外圈轴瓦（111）与安装底座（130）上表面的结合部，用点焊加固；密封垫圈（140）用有弹性的耐高温工业毛毡制作，有密封和增加关节球（112）转动时摩擦力的作用，使关节球（112）在没有瞄准杠杆（400）撬动时，不会随意转动；在关节球（112）的中心孔内，有紧配的空心管（120）；红外测温仪的光学探头可滑配插入、安装在空心管（120）中；空心管（120）上有3个120° 均布的螺孔（120[a~c])，拧入顶紧螺丝，可锁紧插入安装的红外测温仪的光学探头。

图2.是一种采用顶紧螺丝锁定关节球的一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)，隔着一个空气吹扫器（200），安装在小炉盖(300)上的示意图。

如图2.所示：一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)的安装底座（130）上，有4个安装用孔（130[a~d]），插入安装螺丝，穿过空气吹扫器（200）上相应的4个安装用孔，拧紧在小炉盖（300）上相应的4个螺孔中，即可方便完成安装。

图3.是一根瞄准杠杆（400）的结构示意图。

如图3.所示：瞄准杠杆（400）有一套同轴光学瞄准系统(410)，同轴光学瞄准系统(410)含有物镜（411）、成像板（412）和目镜（413）；杆身（420）和插入段（430）是空心的，并有插入深度定位圈（431）；瞄准杠杆（400）的总体高度适合人体半蹲式操作工位。

图4.是瞄准杠杆（400）插入在一体化的瞄准和定位安装装置（100-a）中的示意图。

如图4.所示：安装人员采用半蹲式操作工位，可一手持瞄准杠杆（400），插入在一体化的瞄准和定位安装装置(100)的空心管（120）中，撬动关节球（112）作倾斜旋转；肉眼通过瞄准杠杆（400）上端的目镜（413）搜寻火道底部的鼻梁砖，当看到鼻梁砖中心点（A）位于成像板（412）中心时，另一只手可随即去拧紧位于螺孔（111[a]）中的顶紧螺丝，锁定关节球（112）；在120° 均布的另外二个螺孔（111[b] ）和（111[c] ）中，拧入沉头顶紧螺丝，可加固锁定关节球（112）；至此，一体化的瞄准和定位安装装置（100-a）的空心管（120）的中轴线已被锁定，瞄准指向鼻梁砖的中心点(A)。

图5.是用红外测温光学探头（500）替换瞄准杠杆（400），安装在一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)上的示意图。

如图5.所示：红外测温光学探头（500）被安装在一体化的瞄准和定位安装装置(100-a)上，其光轴线对准鼻梁砖中心点（A）；在空心管（120）上3个120° 均布的螺孔（120[a~c])中，拧入顶紧螺丝，到达红外测温光学探头（500）上的环形锁紧槽（520）中，可迫使红外测温光学探头（500）下沉，耐高温硅橡胶密封垫圈（510）被压紧，起到防水密封作用；红外测温光学探头（500）上有螺纹接口（530），根据设计需要，可以接续传输光纤或一体化红外测温仪的传感器和电子模块。

实施例2：

图6.是一种采用锁紧螺母（150）锁定关节球（112）的一体化的瞄准和定位安装装置（100-b）。

如图6.所示：一体化的瞄准和定位安装装置(100-b)采用的仍是一个向心球关节结构；不同的是：关节球（112）被合围在承载球座（133）、球帽（140）和弹性密封环（180）中间；在球帽（140）上层，有单层波形压簧（160）和锁紧螺母（150）；锁紧螺母（150）的内螺纹和承载球座（133）上的外螺纹旋合连接；关节球（112）的球心位置不变，在一定角度范围内，可作倾斜旋转；拧动锁紧螺母（150），下压单层波形压簧（160）和球帽（140），可锁定关节球（112）；弹性密封环（180）用耐高温工业毛毡制作，有密封和增加关节球（112）转动时摩擦力的作用；因有单层波形压簧（160）和弹性密封环（180）的作用，不用瞄准杠杆（400）撬动时，关节球（112）不会随意转动；锁紧螺母（150）采用非金属的四氟或尼龙材料制作，热导率低，不会烫手，安装人员用手可直接接触操作；与实施例1.相同：关节球（112）的穿心孔中，有紧配的空心管（120），用来安装红外测温光学探头（500）；承载球座（133）上的4个安装孔（130[a~d])，可将一体化的瞄准和定位安装装置(100)，方便地安装在小炉盖(300)上，在承载球座（133）的底部和小炉盖（300）之间，用了一层能阻止小炉盖（300）向上导热的硬石棉隔热垫圈（170）。

实施例3：

图7.也是一种采用锁紧螺母（150）锁定关节球（112）的一体化的瞄准和定位安装装置（100-c）。

如图7.所示：实施例3.不同于实施例2.的地方是：一体化的瞄准和定位安装装置(100-c)的承载球座（133）和空气吹扫器（200）是连成一体的，空气吹扫器（200）下端螺纹（201）拧紧在小炉盖（300）中心的内螺孔（301）中安装；实施例3.的其余部分，与实施例2.相同，不再累述。

实施例4：

图8.也是一种采用锁紧螺母（150）锁定关节球（112）的一体化的瞄准和定位安装装置（100-d）。

如图8.所示：在实施例4.中：一体化的瞄准和定位安装装置（100-d）与实施例3.中的（100-c）结构和功能相同的部分，不再累述；其不同之处在于：一体化的瞄准和定位安装装置(100-d)是用下端的外螺纹（131）直接拧紧在小炉盖中心的内螺孔（301）中安装的；而小炉盖中心的内螺孔（301）的下半部，又用来与窥视管（310）上端的外螺纹（311）连接，窥视管（310）的下端环状台阶（312），能钩住有中心圆孔的环形托板（320），环形托板（320）托住上层的一个环形隔热垫圈（330），环形隔热垫圈（330）又托住隔热纤维填充物（340）；这种结构，是对专利申请号：201320679165.7 ，专利名称：《焦炉立火道测温小炉盖的密封和保温》 中的技术方案的改进，相比较，实施例4.中的技术方案，有更简单、实用，便于实施，隔热降温效果更好的特点，隔热纤维填充物（340）不与炉气接触，环形隔热垫圈（330）也只有少量的边缘部分与炉气直接接触，可避免被含焦油成分的炉气污染；在实施例4.中，环形托板（320）用刚玉陶瓷材料比用金属材料的隔热效果更好；用耐高温工业毛毡制作的环形隔热垫圈（330），外圈边沿保持着良好弹性，塞进在小炉圈（600）中，有密封和阻止热炉气上升的作用，小炉盖（300）与高温炉气基本上不直接接触，可有效降低小炉盖（300）和上面的一体化的瞄准和定位安装装置（100）的温度，能更适合安装人员用手直接进行“瞄准和锁定”操作；也使安装在一体化的瞄准和定位安装装置（100）上面的红外测温仪，受小炉盖（300）的热传导影响小，能保持高精度和高稳定的测温性能。

实施例5：

如图9.所示：由于对小炉盖（300）采取了与实施例4.中相同的隔热降温的技术方案，所以，不用空气吹扫器（200）和硬石棉隔热垫圈（170），而是将一个采用顶紧螺丝锁定关节球（112）的一体化的瞄准和定位安装装置（100-f），直接安装在小炉盖（300）上了；在用手直接进行“瞄准—锁定”操作时，不必担心被烫伤；也不必担心一体化的瞄准和定位安装装置（100-f）中的关节球（112），因为受热膨胀，而无法转动；这是一种结构简单和制造成本低的实施方案。

Claims (6)

1.一种在焦炉火道的小炉盖（300）上，实施红外测温光学探头（500）的瞄准和定位安装的技术方案；该技术方案包括：一套可使红外测温光学探头（500）能瞄准和锁定鼻梁砖测温的一体化的向心球关节结构的安装装置（100-x）；一套在安装红外测温光学探头（500）前，使一体化的向心球关节结构的安装装置（100-x）的测量指向，能事先对准鼻梁砖中心（A）的辅助瞄准工具—瞄准杠杆（400）；和对小炉盖（300）采取的简单、实用和有效的隔热降温措施，便于安装人员直接用手对一体化的向心球关节结构的安装装置（100-x）实施高精度的瞄准调节和锁定操作；同时，有益于所安装的红外测温仪保持良好的测量性能。

2.根据权利要求1. 所述的技术方案，其具体实施方式的特征，如图1.，图2.，图4.和图5.中所示：所述的用于红外测温仪光学探头（500）安装的，是一种一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置（100-a），其主体是一种向心球关节轴承（110）；其中的关节球（112）的球心位置不变，球体在一定角度范围内可以作倾斜旋转；该安装装置（100-x）上有顶紧螺丝（111[a~c])，能直接用手操作，锁定关节球（112），使其不能转动。

3.根据权利要求1. 所述的技术方案，其具体实施方式的特征，如图6.，图7.和图8.中所示：所述的用于红外测温仪光学探头（500）安装的，是一种有锁紧螺母（150）的一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置(100-x)；向心关节球（112）被合围在承载球座（133）和球帽（140）中间；在球帽（140）上层，有波形压簧（160）和锁紧螺母（150）；锁紧螺母（150）的内螺纹和承载球座（133）上的外螺纹旋合连接；在波形压簧（160）和弹性密封环（180）的作用下，关节球（112）在没有瞄准杠杆（400）撬动时，不会随意自转；在用瞄准杠杆（400）撬动时，关节球（112）的球心位置不变，又在一定角度范围内，可作倾斜旋转；用耐高温工业毛毡制作弹性密封环（180），有密封和增加关节球（112）转动时摩擦力的作用；安装人员拧动锁紧螺母（150），下压波形压簧（160）和球帽（140），可锁定关节球（112），使其不能转动。

4.根据权利要求1 所述的技术方案，其具体实施方式的特征是：所述的一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置（100-x），其关节球（112）带有中央空心管（120），用于滑配插入安装红外测温光学探头（500）；空心管（120）上有3个120° 均布的螺孔（120[a~c])，用于拧入顶紧螺丝，锁紧红外测温光学探头（500）。

5.根据权利要求1 所述的技术方案，其具体实施方式的特征是：所述的辅助瞄准工具，是一根有一套同轴光学瞄准系统(410)的简单实用的瞄准杠杆（400），同轴光学瞄准系统(410)含有物镜（411）、成像板（412）和目镜（413）；瞄准杠杆（400）的总体长度适合人体半蹬式操作工位；安装人员采用半蹬式操作工位，可一手持瞄准杠杆（400），滑配插入在一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置(100-x)的空心管（120）中，撬动关节球（112）作倾斜旋转；肉眼能通过瞄准杠杆（400）上端的目镜（413），搜寻火道底部的鼻梁砖，当看到鼻梁砖中心(A)位于成像板（412）的中心时，另一只手可随即拧紧一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置(100-x）上的锁定装置，锁定关节球（112）。

6.根据权利要求1 所述的技术方案，其具体实施方式的特征，如图8.和图9.中所示：对小炉盖（300）采取简单、实用和有效的隔热降温技术措施，在小炉盖（300）中心的内螺孔（301）中，拧入窥视管（310），用窥视管（310）下端的环状台阶（312），钩住环形托板（320），再托住环形隔热垫圈（330），环形隔热垫圈（330）又托住填充的隔热纤维（340）；环形隔热垫圈（330）的外圈与火道口的小炉圈（600）的内圈之间，保持良好的弹性密封，阻止热炉气上升，使小炉盖（300）与热炉气直接接触的面积减少，达到降低小炉盖（300）和安装在小炉盖（300）上面的一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置（100-x）的温度的目的，使安装人员可以直接用手进行“瞄准和锁定”操作；也使安装在一体化的向心球关节结构的瞄准和定位安装装置（100-x）上面的红外测温仪能少受从下向上的不良热传导影响，保持较好的测温性能。

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