CN104501962B - 液体测温系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液体测温系统。包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头，所述金属光学筒的一端用于插入需要测温的液体中，另一端通过测量窗口与所述光学镜头连接，所述气源控制器通过控制阀与所述金属光学筒中段上设置的气孔气密连通，用于对所述金属光学筒内部进行气体吹扫，所述光学测量系统的后部连接有所述光谱测温仪、所述数据记录仪和所述大屏显示器，用于对测量所得的数据进行记录和显示。本发明融合接触式测温高精度和非接触测温高响应的优点。不仅可以弥补现有在线式测温系统中因保护管壁厚导致的响应速度慢的弊端，同时具备高精度和高响应的特点。

Description

液体测温系统
技术领域
本发明涉及液体测温系统，尤其涉及能够对高温或腐蚀性液体进行在线测温的液体测温系统。
背景技术
光谱测温仪是以黑体辐射理论(普朗克定律：单位面积黑体在半球方向发射的辐射通量E是波长和黑体温度函数)为依据，采用的是综合型测温方法。它是由探测管和光谱测温仪两部分组成，可用来测量各类高温炉和熔液内部的实际温度，不受环境污染以及目标黑度系数的影响。
由于某些待测金属液体的高腐蚀性，测温基本上用1，用K型铠装热电偶进行间断式测温；2，在必须采用在线式测温的场合，(保护管通常做的很粗，壁很厚)来达到延长使用寿命的目的。上述间断两种方法都存在以下问题：利用传统测温方法测温时，尤其在金属液体测温领域，由于待测液体具有高腐蚀性，基本上用采K型铠装热电偶进行间断式测温，无法实现在线测温的实时性与精确性，而在现有的在线式测温系统中由于保护管壁较厚，温度响应严重滞后，系统稳定性和精确度不高。
发明内容：
本发明的目在于提供一种具有在线测温的测量仪器，可以有效的解决保护管耐腐蚀性差、热电偶测量精度差、响应慢等缺点，具有快速响应1秒测温，测量准确，使用寿命长等优点。
为实现上述发明目的，本发明液体测温系统包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头，所述金属光学筒的一端用于插入需要测温的液体中，另一端通过测量窗口与所述光学镜头连接，所述气源控制器通过控制阀与所述金属光学筒中段上设置的气孔气密连通，用于对所述金属光学筒内部进行气体吹扫，所述光学测量系统的后部连接有所述光谱测温仪、所述数据记录仪和所述大屏显示器，用于对测量所得的数据进行记录和显示。
优选还包括保护管，所述保护管通过螺纹套装在所述金属光学筒的前端，当对高温液体或腐蚀性液体进行测温时，用于保护金属光学筒。
优选还包括支架，当进行在线测温时，通过所述支架将所述光学测量系统固定在容器壁上。
优选当进行测温时，所述金属光学筒插入测温液体中150-200mm。
优选所述金属光学筒是利用耐高温金属制成的圆筒形金属光学黑体管，其长度与直径之比大于10。
优选所述保护管为厚壁的复合陶瓷管。
有益效果：
1、本发明结合接触式和非接触测量式两者的优点，兼顾接触测量的高精度和非接触测量式的快速，从而实现了对铝液快速准确的测量。
2、本发明在产品结构设计上，克服了接触式与非接触式测量的天然缺点，融合两者优点，实现了两者的完美统一。可以实现：1秒的快速响应、小于3℃的精确测量、超长6个月的使用寿命。克服了接触测式的反应慢；非接触测量的误差大的缺点。
3用空气动力气流进行间断吹扫，保护了光学系统的测量窗口的洁净，能够真实反映液体靶面的温度(金属光学筒的通孔直接插在熔液体内150-200mm，此时熔融液体在金属光学筒内的液面叫液体靶面)。并保证了仪器可以长期正常工作。
附图说明
图1为本发明液体测温系统总体结构示意图。
图2为对金属光学黑体管被气体吹扫时的示意图。
具体实施方式
本项目设计方案见图1拟采用融合接触式测温和非接触式测温，气膜保护的光学通道，采集到被测物的光谱信号从而得知温度。
该系统包括复合陶瓷保护管4、单向截止阀7、气源控制器9、光学测量系统(6、10、11)、光谱测温仪12、数据记录仪13、大屏显示器14。主要部件作用：复合陶瓷保护管4具有抗腐蚀，壁厚等性能，用于保护金属光学黑体筒6，延长使用寿命；金属光学黑体筒6用于被测物体的光谱通道和气膜吹扫通道；气膜控制器7用于气膜产生及控制；单向截止阀7用于气流的单向控制；光学镜头11前安装有用户保护的测量窗口10，光学镜头11透过测量窗口10对小目标的图像信号进行采集；光谱测温仪12用于将图像光谱转化为温度数据；数据记录仪13用于对数据进行记录和保存；大屏显示器14用于温度显示，供生产人员观察
如图2所示，复合陶瓷保护管4为圆柱形筒状，中间通孔，采用耐腐蚀的材料，设计的壁厚很厚，可以长时间耐腐蚀侵蚀。金属光学黑体筒6为圆柱形筒状，中间通孔，与复合陶瓷保护管4通过螺纹形式连接，两者螺纹之间是具有气密性。金属光学黑体筒6是由耐高温金属制成，内部通过光学表面处理。在线测量时，用支架5稳定固定在容器1的上盖3上。测量前将复合陶瓷保护管4缓慢垂直插入容器1盛装的被测熔融液体2内150-200mm，复合陶瓷保护管4内部的金属光学黑体筒6及连接口都是被设计成气密性，由于气压的存在，当插入液体时，熔融液体2无法进入金属光学黑体筒6内。当复合陶瓷保护管4插入一定深度150-200mm后，熔融液体2的靶面与密闭的金属光学黑体筒6形成一个空腔，空腔的长度与内径之比远远大于10，当有一束能量光谱射线从金属光学黑体筒6开口端射入管内，由于管子细长，射线在管内要经过多次反射才能从原入射管口发射出来。因此光谱射线的大部分能量被留在管内，故其吸收率近于1，且在测温范围内近似保持为常量，在工业上可以视为黑体。
此时，熔融液体2的光谱信号同温度有一个稳定的函数关系，通过测量光谱值的大小就可以感知温度的变化。光学测量系统通过光学金属黑体筒6采集到熔融液体2的光谱图像信号，通过光谱测温仪12把光谱信号换算成相对应的温度值。数据通过数据记录仪13记录，在通过大屏显示器显示，以供生产使用。
在长期在线工作中，在光学黑体筒6内会具有高温熔融液体挥发出的各种杂质气体，底部高温气体上升，温度较低的上层气流下降，在空腔内形成气流流动及循环，挥发气体所含的杂质在循环中会对光学通道及测量窗口10产生污染，造成光谱信号的失真，导致系统无法长时间准确地测量。为了解决这个问题，在金属光学黑体筒6上端，开一个气孔，利用气源控制器9对金属光学黑体筒6内的气体通道进行吹扫，气源控制器9通过单向截止阀7和气体管路8与金属光学黑体筒6连接。气源控制器9的气体流量的大小、速度都是可调节的，吹扫的时间及时间间隔都是可以调整的。
气源控制器9不工作时，金属光学黑体筒6内部是密闭的，气源接口处由于单向截止阀7的存在，内部是密闭的，气体无法流出。根据现场实际情况，当管内挥发物质形成一定量的时候，开启气源控制阀，洁净的空气通过单向截止7，向金属光学黑体筒内6吹扫。金属光学黑体筒6内径设计的很小，小于10mm，同样，气源控制器9气流流速设计的很慢，这样的话，大容量的熔融液体2的温度场对小气流造成的影响可以忽略不计，不会对目标温度产生影响。
为了避免吹扫气流造成对温场测量的影响，可以在气源吹扫期间及吹扫过后几秒内，气源控制器9给数据记录仪13一个信号，对这段时间内(小于10s)数据不予采样或剔除。通过对光谱对热能光源分析处理，送至智能温度记录仪进行运算，温度记录仪的数据通过无线或RS485方式，发送到大屏显示器14以供现场显示。
利用本发明的液体测温系统进行在线测温的基本误差小于0.3％F.S。测量范围是500-1100℃。显示分辨率：1℃。其中供电部分包括：光谱仪测温部件为无源，分析部件采用DC 24V供电，显示部件采用AC220V供电。显示数码尺寸：测量部件：0.5英寸，显示部件：5英寸。整个系统的工作环境包括：光谱仪测温电子部件承受环境温度≤200℃，仪表承受环境温度0～50℃，相对湿度：≤85％。仪表内部冷端补偿温度范围：0～50℃。
其中系统设备外形尺寸中光谱测温仪可根据现场安装要求和用户的要求情况定制数显表，规格有：160×80×70mm，大屏显示部件：525×200×80mm和自定义规格。其中数显表重量约0.5kg；显示部件约7kg。无线传输距离大于100米；测量部件功耗小于300mW；显示部件小于10W。
以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (6)

1.一种液体测温系统，其特征在于：包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头，所述金属光学筒的一端用于插入需要测温的液体中，另一端通过测量窗口与所述光学镜头连接，所述气源控制器通过控制阀与所述金属光学筒中段上设置的气孔气密连通，用于对所述金属光学筒内部进行气体吹扫，所述光学测量系统的后部连接有所述光谱测温仪、所述数据记录仪和所述大屏显示器，用于对测量所得的数据进行记录和显示，所述金属光学筒是利用耐高温金属制成的圆筒形金属光学黑体管，所述金属光学筒的一端插入需要测温的液体中后，液体的靶面与密闭的金属光学筒形成一个空腔。
2.根据权利1所述的液体测温系统，其特征在于：还包括保护管，所述保护管通过螺纹套装在所述金属光学筒的前端，当对高温液体或腐蚀性液体进行测温时，用于保护金属光学筒。
3.根据权利1所述的液体测温系统，其特征在于：还包括支架，当进行在线测温时，通过所述支架将所述光学测量系统固定在容器壁上。
4.根据权利1所述的液体测温系统，其特征在于：当进行测温时，所述金属光学筒插入测温液体中150-200mm。
5.根据权利1～4中任一项所述的液体测温系统，其特征在于：所述金属光学筒的空腔的长度与内径之比大于10。
6.根据权利1～4中任一项所述的液体测温系统，其特征在于：所述保护管为厚壁的复合陶瓷管。
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