CN105444913A

CN105444913A - 一种测温设备

Info

Publication number: CN105444913A
Application number: CN201510860838.2A
Authority: CN
Inventors: 高振鹰; 黄健; 熊盛涛; 黄浩; 陈铁红
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2016-03-30

Abstract

本发明公开了一种测温设备，第一磁极段与第二磁极段间隔相对，半导体板位于第一磁极段与第二磁极段之间的间隔位置，半导体板的第一相对侧对接第一直流电源，半导体板的第二相对侧对接电压检测单元，第一直流电源在半导体板中的电流方向垂直于第一磁极段与第二磁极段之间的磁场方向，电压检测单元的输出端与温度转换单元的输入端连接，第一感温段与第二感温段均在金属保护罩内，从而本发明提供的测温设备安装在高温区域上方能够对被测物连续测温，解决了对被测高温区域的温度测量不稳定的技术问题，实现了对高温区域的温度连续测量，能够保证钢铁产品质量稳定性。

Description

一种测温设备

技术领域

本发明涉及测温技术领域，尤其涉及一种测温设备。

背景技术

针对工业企业对于高温区域(1300℃～1900℃)连续测温的问题一直没有得到有效的解决，比如，钢厂的炼铁、炼钢、连铸工艺中均需要对钢水或铁水进行温度检测，目前，主要有直接接触的温度传感器或者非接触式测温元件如红外、激光等对高温区域(1300℃～1900℃)测温。

但是因为直接检测元件检测高温区域的寿命较短，而非接触式测温如红外激光等又易被高温副产品烟气等干扰无法长期使用，因此现有技术中对高温区域的温度检测只能是间断性的，会导致对被测高温区域的温度测量不稳定，比如，在炼铁、炼钢、连铸工艺中对被测高温区域的温度测量不稳定，会影响钢铁产品质量。

发明内容

本发明实施例通过提供一种测温设备，解决了现有技术中对被测高温区域的温度测量不稳定的技术问题。

本发明实施例提供了一种测温设备，包括：第一绕组电磁铁，第二绕组电磁铁，半导体板，电压检测单元，温度转换单元，金属保护罩，第一直流电源；

所述第一绕组电磁铁包括第一线圈绕组和第一铁芯，所述第二绕组电磁铁包括第二线圈绕组和第二铁芯，其中，所述第一铁芯由第一绕线段、第一感温段与第一磁极段一体成型，所述第二铁芯由第二绕线段、第二感温段与第二磁极段一体成型，所述第一磁极段的磁极与所述第二磁极段的磁极相反；

所述第一磁极段与所述第二磁极段间隔相对，所述半导体板位于所述第一磁极段与所述第二磁极段之间的间隔位置，所述半导体板的第一相对侧对接所述第一直流电源，所述半导体板的第二相对侧对接所述电压检测单元，其中，所述第一直流电源在所述半导体板中的电流方向垂直于第一磁极段与所述第二磁极段之间的磁场方向，所述电压检测单元的输出端与所述温度转换单元的输入端连接，所述第一感温段与所述第二感温段均在所述金属保护罩内。

优选的，所述半导体板为硅基含镓铟砷锑复合材料。

优选的，所述半导体板具体为硅含量89.7％、镓含量5.4％、铟含量0.8％、砷含量3.5％和锑含量0.6％的所述硅基含镓铟砷锑复合材料。

优选的，所述第一绕线段的端部、所述第一感温段的端部与所述第一磁极段的端部一体成型为T形的所述第一铁芯。

优选的，所述第二绕线段的端部、第二感温段的端部与第二磁极段的端部一体成型为T形的所述第二铁芯。

优选的，所述第一磁极段与所述第二磁极段之间间隔30mm～100mm。

优选的，所述第一线圈绕组的绕线方向与所述第二线圈绕组的绕线方向相反。

优选的，所述第一线圈绕组与所述第二线圈绕组均为绕组数10000匝～25000匝。

优选的，所述金属保护罩为熔点≥1550℃的钒钨镍锰铬合金制成。

优选的，所述测温设备还包括风冷保护箱；所述半导体板、所述电压检测单元、所述温度转换单元、所述金属保护罩和所述第一直流电源均内置于所述风冷保护箱中。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了第一绕组电磁铁与第二绕组电磁铁间隔相对，半导体板位于间隔位置，半导体板的第一相对侧对接第一直流电源，半导体板的第二相对侧对接电压检测单元，第一直流电源在半导体板中的电流方向垂直于第一磁极段与第二磁极段之间的磁场方向，电压检测单元的输出端与温度转换单元的输入端连接，第一感温段与第二感温段均在金属保护罩内的技术方案，从而通过检测电动势变化来推导出被测物的热辐射温度，从而本发明提供的测温设备安装在高温区域上方不会被高温损坏，能够对被测物连续测温，解决了对被测高温区域的温度测量不稳定的技术问题，实现了对高温区域的温度连续测量，保证钢铁产品质量稳定性。而且能够节约测温成本，节约传感器使用量，简化生产控制流程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中测温设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一绕组电磁铁的细化结构示意图；

图3为本发明实施例中第二绕组电磁铁的细化结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种测温设备应用过程中安装在距离1300℃～1900℃的高温区域的10～15米的上方，在具体实施过程中，高温区域在测温设备下方垂直面10～15米。参考图1所示，本发明实施例提供的测温设备包括：第一绕组电磁铁1、第二绕组电磁铁2、半导体板3、电压检测单元4、温度转换单元5、金属保护罩6、第一直流电源7。

具体参考图2所示，第一绕组电磁铁1包括第一线圈绕组11和第一铁芯12。更具体来讲，第一铁芯12由第一绕线段12-1、第一感温段12-2与第一磁极段12-3一体成型。在具体实施过程中，第一绕线段12-1、第一感温段12-2与第一磁极段12-3一体成型为T形的第一铁芯12。具体的，第一绕线段12-1的端部、第一感温段12-2的端部与第一磁极段12-3的端部一体成型为T形的第一铁芯12。具体的，第一绕线段12-1与第一感温段12-2在同一直线上，第一磁极段12-3垂直于第一绕线段12-1和第一感温段12-2。更具体来讲，第一绕线段12-1的长度大于第一感温段12-2的长度。在具体实施过程中，第一线圈绕组11的绕组数为10000匝～25000匝，第一绕线段12-1的长度匹配第一线圈绕组11的绕组数。

具体参考图3所示，第二绕组电磁铁2包括第二线圈绕组21和第二铁芯22，第二铁芯22由第二绕线段22-1、第二感温段22-2与第二磁极段22-3一体成型。在具体实施过程中，第二绕线段22-1的端部、第二感温段22-2的端部与第二磁极段22-3的端部一体成型为T形的第二铁芯22。具体的，第二绕线段22-1与第二感温段22-2在同一直线上，第二磁极段22-3垂直于第二绕线段22-1和第二感温段22-2。更具体来讲，第二绕线段22-1的长度大于第二感温段22-2的长度。在具体实施过程中，第二线圈绕组21的绕组数为10000匝～25000匝，第二绕线段22-1的长度匹配第二线圈绕组21的绕组数。

具体的，第一磁极段12-3的磁极与第二磁极段22-3的磁极相反。在具体实施过程中，为了使得第一磁极段12-3的磁极与第二磁极段22-3的磁极相反，使得第二线圈绕组21与第一线圈绕组11的绕线方向相反，从而使得第二线圈绕组21与第一线圈绕组11中的通电电流相反，从而使得第一磁极段12-3的磁极与第二磁极段22-3产生的磁极相反。比如：第一线圈绕组11的绕线方向为顺时针，第一线圈绕组11中通电电流为顺时针，第二线圈绕组21的绕线方向为逆时针，第二线圈绕组21中通电电流为逆时针；又比如：第一线圈绕组11的绕线方向为逆时针，第一线圈绕组11中通电电流为逆时针，第二线圈绕组21的绕线方向为逆顺时针，第二线圈绕组21中通电电流为顺时针。

具体的，第一线圈绕组11中通电通过第一线圈绕组11接入第二直流电源8，第一线圈绕组11中通电通过第二线圈绕组21接入第三直流电源9，第二直流电源8在第一线圈绕组11中的电流方向与第三直流电源9在第二线圈绕组21中的电流方向相反。比如，第二直流电源8在第一线圈绕组11中的电流方向为顺时针，则第三直流电源9在第二线圈绕组21中的电流方向为逆时针；又比如，第二直流电源8在第一线圈绕组11中的电流方向为逆时针，则第三直流电源9在第二线圈绕组21中的电流方向为顺时针。

具体的，结合图1～图3所示，第一磁极段12-3与第二磁极段22-3间隔相对，在具体实施过程中，第一磁极段12-3与第二磁极段22-3之间间隔30mm～100mm。半导体板3位于第一磁极段12-3与第二磁极段22-3之间的间隔位置，半导体板3的第一相对侧对接第一直流电源7，半导体板3的第二相对侧对接电压检测单元4，其中，第一直流电源7在半导体板3中的电流方向垂直于第一磁极段12-3与第二磁极段22-3之间的磁场方向，电压检测单元4的输出端与温度转换单元5的输入端连接，第一感温段12-2与第二感温段22-2均在金属保护罩6内。

具体的，半导体板3为硅基含镓铟砷锑复合材料制成。本实施例中，所使用的硅基含镓铟砷锑复合材料根据测温设备所配制的配比具体为：硅含量89.7％、镓含量5.4％、铟含量0.8％、砷含量3.5％和锑含量0.6％。这种配比的硅基含镓铟砷锑复合材料有可定向移动的电荷，并且有较低的迁移率，对称且均匀。具体的，半导体板3为矩形板，该半导体板3的板面与第一磁极段12-3、第二磁极段22-3均垂直。半导体板3中的电流因磁场的作用而产生正电势堆积现象，在电流垂直方向的外侧大量堆积。

比如，以半导体板3的板面竖直状态为例，第一直流电源7的正极接半导体板3的上侧，第一直流电源7的负极接半导体板3的半导体板3的下侧，则在半导体板3中产生竖直向下的电流，水平状态的第一磁极段12-3与水平状态的第二磁极段22-3中产生的磁场方向与竖直向下的电流方向垂直，则半导体板3的前方接电压检测单元4的正极，半导体板3的后方接电压检测单元4的负极，电压检测单元4便可以检测在电流垂直方向的电势差。

下面对第一线圈绕组11、第二线圈绕组21和半导体板3进行举例说明，但是不用于限制本发明：

比如，半导体板3使用尺寸为：厚度d＝0.08mm，宽l＝1.5mm，长L＝2.5mm的矩形半导体板，第一磁极段12-3与第二磁极段22-3之间间隔30mm。比如，第一线圈绕组11为绕组数10000匝，第二线圈绕组21为绕组数10000匝。又比如，半导体板3使用尺寸为：厚度d＝0.08mm，宽l＝1.5mm，长L＝2.5mm的矩形半导体板，第一磁极段12-3与第二磁极段22-3之间间隔100mm，第一线圈绕组11为绕组数25000匝，第二线圈绕组21为绕组数25000匝。

具体的，金属保护罩6为熔点≥1550℃的钒钨镍锰铬合金制成，用于感受温度变化。本发明实施例中的测温设备进行测温时，安装在高温热辐射源8在金属保护罩6下方垂直面10～15米处的位置，比如，当高温热辐射源8的温度升高到2100℃时，高温热辐射源8的表面热辐射温度为1100℃，第一绕组电磁铁1的第一感温段12-2与第二绕组电磁铁2的第二感温段22-2均因高温，磁场从常温下的10000高斯降低至150高斯。

半导体板3内由于载流子有沿电流方向所在的直线定向分运动时，受洛伦兹力作用而产生横向分运动而产生横向电场，横向电场的电场力与洛伦兹力平衡时导体横向电压稳定。比如，设载流子沿电流方向所在直线定向移动的速率为v，n为载流子浓度，l为半导体板3的宽度，d为半导体板3的厚度。电子积累达到动态平衡时，在半导体板3两端面之间建立霍尔电场E_H，相应的霍尔电势V_H。

磁场B下，电子受洛仑兹力f_L：f_L＝－evB；电场E下，作用于电子的力f_E：f_E＝-eE_H＝-eV_H/l；动态平衡时：f_L＝－f_E，vB＝V_H/l；则半导体板3的工作电流I_s为：I_s＝nevld；

则霍尔电势V_H为：

V_{H} = E_{H} l = \frac{l}{n e} * \frac{I_{s} B}{d} = R_{H} \frac{I_{s} B}{d}

当厚度d、电流I_s、霍尔系数V_H＝l/ne相对固定时，磁感应强度B就成了决定感应电势V_H的关键因素。

当电流垂直于第一绕组电磁铁1与第二绕组电磁铁2之间建立的外磁场通过半导体板3时，半导体板3的同时垂直于磁场方向和电流方向的两个端面之间就会出现电势差。并且环境温度越高，第一绕组电磁铁1和第二绕组电磁铁2中的分子运动越激烈，那么分子之间无序的碰撞也就越剧烈，这样就打破了分子的有序的平衡，磁性也就会减弱很多，半导体板3的两个端面之间的电势差也会降低。高温热辐射源8会导致第一感温段12-2和第二感温段22-2温度改变，从而第一绕组电磁铁1和第二绕组电磁铁2中的磁性改变，电压检测单元4就检测电势差，检测的电势差经过温度转换单元5转换成实际温度输出。

由于第一绕组电磁铁1和第二绕组电磁铁2的磁场特性，在温度辐射500℃以内时，磁场中的电子运行轨迹没有明显偏移，因为磁场电粒子是在磁场中运动,受洛仑兹力的作用而引起偏转而产生的。当温度突破500℃时，磁场带电粒子因活跃性升高发生偏转，从而使得磁场的强度随着温度的升高而降低，从而引发了半导体板3中的电势堆积数量降低，因此输出的电势差也降低，从最高的0.7v可降低至0.0072mV，从而温度转换单元5可以根据实现取得的安装现场的实际温度、电势与磁场的关系求出温度补偿系数，从而得出温度的变化量，最终在温度转换单元5中显示实际温度。

在进一步的技术方案中，本发明实施例提供的测温设备还包括风冷保护箱。半导体板3、电压检测单元4、温度转换单元5、金属保护罩6和第一直流电源7均内置于风冷保护箱中，安装在风冷保护箱内半导体板3、电压检测单元4、温度转换单元5、金属保护罩6和第一直流电源7温度均维持在60℃以内。

通过上述本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了第一绕组电磁铁与第二绕组电磁铁间隔相对，半导体板位于间隔位置，半导体板的第一相对侧对接第一直流电源的正负极，半导体板的第二相对侧对接电压检测单元的正负极，第一直流电源在半导体板中的电流方向垂直于第一磁极段与第二磁极段之间的磁场方向，电压检测单元的输出端与温度转换单元的输入端连接，第一感温段与第二感温段均在金属保护罩内，从而通过检测电动势变化检测推导出被测物的热辐射温度，从而本发明提供的测温设备安装在高温区域上方能够对被测物连续测温，解决了对被测高温区域的温度测量不稳定的技术问题，实现了对高温区域的温度连续测量，能够保证钢铁产品质量稳定性。而且能够节约测温成本，节约传感器使用量，简化生产控制流程。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种测温设备，其特征在于，包括：第一绕组电磁铁，第二绕组电磁铁，半导体板，电压检测单元，温度转换单元，金属保护罩，第一直流电源；

2.如权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述半导体板为硅基含镓铟砷锑复合材料。

3.如权利要求2所述的测温设备，其特征在于，所述半导体板具体为硅含量89.7％、镓含量5.4％、铟含量0.8％、砷含量3.5％和锑含量0.6％的所述硅基含镓铟砷锑复合材料。

4.如权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述第一绕线段的端部、所述第一感温段的端部与所述第一磁极段的端部一体成型为T形的所述第一铁芯。

5.如权利要求4所述的测温设备，其特征在于，所述第二绕线段的端部、第二感温段的端部与第二磁极段的端部一体成型为T形的所述第二铁芯。

6.如权利要求5所述的测温设备，其特征在于，所述第一磁极段与所述第二磁极段之间间隔30mm～100mm。

7.如权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述第一线圈绕组的绕线方向与所述第二线圈绕组的绕线方向相反。

8.如权利要求7所述的测温设备，其特征在于，所述第一线圈绕组与所述第二线圈绕组均为绕组数10000匝～25000匝。

9.如权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述金属保护罩为熔点≥1550℃的钒钨镍锰铬合金制成。

10.如权利要求1所述的测温设备，其特征在于，所述测温设备还包括风冷保护箱；

所述半导体板、所述电压检测单元、所述温度转换单元、所述金属保护罩和所述第一直流电源均内置于所述风冷保护箱中。