CN109489827A - 一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置及测温方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置及测温方法，包括红外测温传感器、下安装座和上护套管；红外测温传感器固定在下安装座内，下安装座下端固定在微波源安装板上，上端与上护套管连接；下安装座下端部分的中心位置具有一沿轴向方向延伸贯通的中心圆孔；中心圆孔与红外测温传感器的光孔同轴，且中心圆孔的孔径不小于红外测温传感器的光孔；中心圆孔的上端周围具有一圈凸台。本发明最大限度的削弱了微波对红外测温传感器的干扰，降低了红外测温系统在微波场的阶跃响应，保证红外测温传感器的输出在有效范围内；将热源与红外测温传感器隔离开来，确保红外测温传感器不受环境温度影响，有效保证传感器自身的测温性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混凝土微波加热设备，特别是一种沥青混凝土微波加热设备的红外测温装置及测温方法。
背景技术
微波加热技术因其无烟、无尘、无损的加热特点，应用到沥青混凝土的再生设备中具有广阔的市场前景，目前国内外已有多种此类设备。但是当前的沥青混凝土微波加热设备也存在一些仍未解决的问题，其中包括对微波场中沥青混凝土的温度进行实时测量。
当前沥青混凝土微波加热设备中对沥青混凝土温度测量主要使用红外测温传感器，由于微波加热设备在工作过程中，微波会干扰红外测温传感器内部电路及检测元件，导致温度严重失真，因此通常的做法是在微波加热过程中，不进行温度检测，而是定时停止微波加热进行温度检测，温度测量完后重新启动微波加热，这种测量方法，显然会对施工和设备带来诸多问题，比如设备功率负荷频繁大范围波动，温度控制偏差较大，施工时间延长等。
而现在市场上也有抗微波的红外测温传感器，经实际测试使用，在工业用沥青混凝土微波加热设备的强大微波场中并不能有效消除微波对其带来的影响。在微波场中能有效进行温度测量的是新兴的光纤测温技术，但是其高昂的价格及其测温方式严重限制其在沥青混凝土微波加热设备中的应用。
由于无法对微波场中的沥青混凝土温度实时检测，严重影响到该类设备的温控性能，从而制约着设备的施工工艺控制及设备的自动化程度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，削弱并滤除微波对红外测温传感器的干扰，使沥青混凝土微波加热设备在微波加热过程中能实时获取沥青混凝土的温度，从而进行有效的施工工艺控制。
为达到上述目的，本发明中提出了一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置及测温方法，解决了沥青混凝土微波加热设备的测温问题。
一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，包括红外测温传感器、下安装座和上护套管；
红外测温传感器固定在下安装座内，下安装座下端固定在微波源安装板上，上端与上护套管连接；
下安装座下端部分的中心位置具有一沿轴向方向延伸贯通的中心圆孔；中心圆孔与红外测温传感器的光孔同轴，且中心圆孔的孔径不小于红外测温传感器的光孔；中心圆孔的上端周围具有一圈凸台。
下安装座由上连接管、锥形管和下连接管依次连接而成或一体成型而成；上连接管具有外螺纹，用于与上护套管螺纹连接；下连接管具有外螺纹，通过螺纹连接在微波源安装板上。
下连接管直径为红外测温传感器光路孔径直径的两倍。
下安装座和/或上护套管的材质为铜。
上护套管壁厚不小于3mm。
上连接管、锥形管的壁厚不小于3mm。
红外测温传感器的外侧、上护套管的内侧还设置一隔热套管。
一种沥青混凝土微波加热设备红外测温方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，记录红外测温传感器当前温度T0；
步骤2，启动微波设备开启微波加热，微波场建立后在微波加热过程中以时间间隔△t连续记录红外传感器测量的温度T1、T2、T3、T4……Tn，n为采集的温度序列编号；
步骤3，每新采集到一个温度Tn，则计算△t时间内相邻两个温度Tn、T(n-1)的温升值△Tn=Tn-T(n-1)；
步骤4，对温升值△Tn和稳态温度阈值△T进行比较，若△Tn<△T，则稳态计数器的计数值C加1，若△Tn≥△T,则稳态计数器的计数值C减1，若稳态计数器的计数值C经计算小于0，则将0赋值给C，进入步骤5；
步骤5，对当前稳态计数器的计数值C和稳态时间阈值K进行比较，若C≥K，则进入步骤6，若C<K，则返回步骤3；
步骤6，计算红外测温系统在微波场的阶跃温升Ts=T(n-m)-T0，其中m=K/2并进行四舍五入取整；
步骤7，计算并显示当前沥青混凝土料温T=Tn-Ts。
△T的取值在以下范围内：
Ts/t>△T>2Th (1)
式中的Ts为本红外测温装置在微波场中的阶跃温升，t为本红外测温装置在微波场中的阶跃响应时间，Th为沥青混凝土在微波场中每时间间隔△t时间内的温升。
K的取值在以下范围内：
t/3>K>3△t (2)
t为红外测温传感器在微波场中的阶跃响应时间。
本发明的有益效果为：
（1）最大限度的削弱了微波对红外测温传感器的干扰，降低了红外测温系统在微波场的阶跃响应，保证红外测温传感器的输出在有效范围内；
（2）将热源与红外测温传感器隔离开来，确保红外测温传感器在微波源安装框架内不受环境温度影响，有效保证传感器自身的测温性能；
（3）在沥青混凝土微波加热设备工作过程中，能实时显示当前料温，误差范围为（-1.5，4.5）℃，能有效对沥青混凝土进行精准控温，确保施工工艺的精准控制。
附图说明
图1为本发明所提供的一种微波场红外测温装置示意图；
图2为本发明提供的测温方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，包括红外测温传感器1、下安装座2、上护套管3、隔热套管4。在红外测温传感器1测温时，其光孔必须对着沥青混凝土，也就是说必须与微波场连通，经过试验发现，红外测温传感器1在受到通过光孔的微波影响后会产生一个阶跃响应，但红外测温传感器的线性度并无偏差。本发明提供的装置能有效削弱微波场对红外测温传感器1的影响，并对温度信号进行准确的识别及处理。
红外测温传感器1固定在下安装座2内，下安装座2下端固定在微波源安装板5上，上端与上护套管3连接。
下安装座2由上连接管21、锥形管22和下连接管23依次连接而成或一体成型而成。上连接管21具有外螺纹，用于与上护套管3螺纹连接。下连接管23具有外螺纹，通过螺纹连接在微波源安装板5上。
上护套管3、下安装座2的锥形管22及上连接管21壁厚大于等于3mm。
下连接管23直径不小于红外测温传感器光路孔直径的两倍，下连接管23的中心位置具有一沿轴向方向延伸贯通的中心圆孔231。红外测温传感器1的光孔与下安装座2下连接管23上的中心圆孔231同轴。中心圆孔231孔径比红外测温传感器光路孔径（即光孔）大1mm，可使下安装座2内的红外测温传感器1接收到沥青混凝土对外发射的红外能量。下连接管23上端中心圆孔的周围具有一圈凸台232。红外测温传感器1的前端塑料隔热端盖与下安装座内的凸台232严密贴合。上述设置能有效避免除红外测温传感器光孔之外的部分免受微波场的影响，从而削弱了微波场及环境温度对红外测温传感器的干扰。
红外测温传感器输出的信号通过电缆传送至控制器进行处理，控制器与红外测温传感器电连接，连接电缆为屏蔽电缆，对温度信号在传输过程中进行电磁干扰的防护，确保温度信号在传输过程中不失真。
本发明提供的下安装座2及上护套管3材质为铜。
在红外测温传感器外侧、上护套管3的内侧套隔热套管4，该套管可以是玻璃纤维，也可以是其他隔热材质，隔热套管4能有效阻隔上护管的热传导。隔热套管4外径与上护套管3内径一致，隔热套管4内径与红外测温传感器1外径一致，隔热套管4长度与红外测温传感器1长度一致；隔热套管4套在红外测温传感器1外侧，上护管套3在隔热套管4的外侧，上护套管3带着隔热套管4及红外测温传感器1一起与下安装座上端的外螺纹通过螺纹连接固定。
根据沥青混凝土微波加热设备温度测量的特点，采用半包围结构削弱微波场对红外测温传感器的影响，并可进一步针对受到弱微波场影响的红外测温信号进行干扰识别及处理，从而达到在微波加热过程中实时显示沥青混凝土温度的效果。与现有技术相比，实现了沥青混凝土微波加热设备加热过程中温度实时测量，提供了沥青混凝土微波加热设备进行施工工艺过程控制的数据基础。
一种沥青混凝土微波加热设备红外测温方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1，控制器收到加热启动信号，控制器记录红外测温传感器当前温度T0，进入步骤2；
步骤2，控制器启动微波设备开启微波加热，磁控管开始工作后，控制器在微波加热过程中连续记录红外传感器测量的温度T1、T2、T3、T4……Tn，n为采集的温度序列编号，这些温度记录的时间间隔为△t，优选地△t取值范围为0.5s≤△t≤1s，进入步骤3；
步骤3，控制器每新采集到一个温度Tn，则计算采集的相邻两个温度Tn、T(n-1)的温升值△Tn=Tn-T(n-1)，进入步骤4；
步骤4，对△Tn和稳态温度阈值△T进行比较，若△Tn<△T，则稳态计数器计数值加1，C=C+1，若△Tn≥△T,则稳态计数器计数值减1，C=C-1，若稳态计数器的计数值C经计算小于0，则将0赋值给C，进入步骤5；
步骤5，对当前稳态计数器计数值C和稳态时间阈值K进行比较，若C≥K，则进入步骤6，若C<K，则返回步骤3；
步骤6，计算红外测温系统在微波场的阶跃响应Ts=T(n-m)-T0，其中m=K/2进行四舍五入取整，进入步骤7；
步骤7，计算并显示当前沥青混凝土料温T=Tn-Ts；
由于不同微波加热设备收到加热开启信号至磁控管开始工作并向外发射微波的时间长短存在差异，需要精确控制采集温度T1的时间起点，以避免磁控管还未工作时，控制器采集的连续温度数值经过算法处理后，得出进入稳态的结果，优选地可以设置定时器的定时时间与磁控管的起振时间一致，待定时时间到后再进行温度数据采集。
稳态温度阈值△T、稳态时间阈值K的大小选择需要根据微波加热设备的功率及红外传感器对该微波场的阶跃响应温升来设置。
若微波加热设备的功率越大，则每秒沥青混凝土的温升越高，判稳温度阈值△T应该越大，否则无法与沥青混凝土料温自身的温升区分；红外传感器对微波场的阶跃响应时间越长，则K越大，否则无法有效识别微波场对红外传感器的阶跃响应是否达到稳态；
优选地，△T及K数值在以下范围内：
Ts/t>△T>2Th (1)
t/3>K>3△t (2)
式中的Ts为红外测温传感器在微波场中的阶跃温升，t为红外测温传感器在微波场中的阶跃响应时间，Th为沥青混凝土在微波场每△T时间内的温升，△t是采集温度数据的时间间隔。上述各项参数需要经过多次实验进行标定调整以达最佳组合。
上述方法进行温度测量，其测温误差主要产生于在微波场开始建立至达到稳态过程中，沥青混凝土已经实际产生了温升，而这个温升数据被计入了红外测温传感器对微波场的阶跃温升。对这个误差的分析以某微波加热养护车为例说明，某微波养护车微波加热输入电功率为90kW，微波加热前用玻璃管测得料温为23℃，加热过程中用红外线测温传感器实时检测温度变化，在第20秒时，测得的温度进入一个缓慢增加的过程，判定第20秒进入了稳态，加热5分钟后，用玻璃管测得料温为46℃，平均每秒钟料温实际温升为（46-23）/300=0.077℃，因此用本发明提供的装置及方法产生的测量误差约为0.077×20=1.5℃，即实际料温比测量料温高1.5℃，综合考虑传感器自身精度一般为±3℃，预估本发明提供的装置及方法产生的测量误差范围为（-1.5，4.5）。
以上对本发明所提供的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置及测温方法进行了详细的阐述。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，包括红外测温传感器、下安装座和上护套管；
红外测温传感器固定在下安装座内，下安装座下端固定在微波源安装板上，上端与上护套管连接；
下安装座下端部分的中心位置具有一沿轴向方向延伸贯通的中心圆孔；中心圆孔与红外测温传感器的光孔同轴，且中心圆孔的孔径不小于红外测温传感器的光孔；中心圆孔的上端周围具有一圈凸台。
2.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，下安装座由上连接管、锥形管和下连接管依次连接而成或一体成型而成；上连接管具有外螺纹，用于与上护套管螺纹连接；下连接管具有外螺纹，通过螺纹连接在微波源安装板上。
3.根据权利要求2所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，下连接管直径为红外测温传感器光路孔径直径的两倍。
4.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，下安装座和/或上护套管的材质为铜。
5.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，上护套管壁厚不小于3mm。
6.根据权利要求2所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，上连接管、锥形管的壁厚不小于3mm。
7.根据权利要求1所述的一种沥青混凝土微波加热设备红外测温装置，其特征在于，红外测温传感器的外侧、上护套管的内侧还设置一隔热套管。
8.一种沥青混凝土微波加热设备红外测温方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，记录红外测温传感器当前温度T0；
步骤2，启动微波设备开启微波加热，微波场建立后在微波加热过程中以时间间隔△t连续记录红外传感器测量的温度T1、T2、T3、T4……Tn，n为采集的温度序列编号；
步骤3，每新采集到一个温度Tn，则计算△t时间内相邻两个温度Tn、T(n-1)的温升值△Tn＝Tn-T(n-1)；
步骤4，对温升值△Tn和稳态温度阈值△T进行比较，若△Tn<△T，则稳态计数器的计数值C加1，若△Tn≥△T,则稳态计数器的计数值C减1，若稳态计数器的计数值C经计算小于0，则将0赋值给C，进入步骤5；
步骤5，对当前稳态计数器的计数值C和稳态时间阈值K进行比较，若C≥K，则进入步骤6，若C<K，则返回步骤3；
步骤6，计算红外测温传感器在微波场的阶跃温升Ts＝T(n-m)-T0，其中m＝K/2并进行四舍五入取整；
步骤7，计算并显示当前沥青混凝土料温T＝Tn-Ts。
9.根据权利要求8所述的沥青混凝土微波加热设备红外测温方法，其特征在于，△T的取值在以下范围内：
Ts/t>△T>2Th (1)
式中的Ts为红外测温传感器在微波场中的阶跃温升，t为红外测温传感器在微波场中的阶跃响应时间，Th为沥青混凝土在微波场每时间间隔△t时间内的温升。
10.根据权利要求8所述的沥青混凝土微波加热设备红外测温方法，其特征在于，K的取值在以下范围内：
t/3>K>3△t (2)
t为红外测温传感器在微波场中的阶跃响应时间。
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