一种高温高压密闭腔内红外测温系统及方法
技术领域
本发明涉及温度测量技术领域,具体为一种高温高压密闭腔内红外测温系统及方法。
背景技术
高温高压密闭腔内的温度测量一直是难题,其原因是密闭腔体内的高温无法实现直接测量,例如使用压力烧结设备在生产某种粉末的过程中,其生产过程是在密闭的容器内对物料进行加热升温至2000℃,然后向容器内充入惰性气体对物料增压,压力升至9.0Mpa后进入长时间的保温保压阶段。物料在此工况下的变化是一个复杂的过程,需要在高压腔体内形成稳定的、均匀的温度场。
常见的工业测温技术主要有:接触式测温、非接触式红外测温。
接触式测温:传统的温度传感器,与被测设备进行直接接触来进行测温。此方式由于是直接接触的,每个测温点均需要安装一个测温装置。一般的热电偶,测温传感器等直接测温器具在高温高压的恶劣环境中无法使用。
非接触式红外测温仪测温:在规定的距离内将红外测温仪对准被测温点,调整焦距,使目标充满红外测温仪中的热传感平面,然后根据被测目标的材料设定合适的热辐射率,得到目标的温度。这是目前高温高压环境中常用的测温方式。现有技术的存在的缺陷:由于密闭容器内压力的变化以及高温环境中压力气体介质的扰动引起密闭容器内的挥发物或者粉尘贴附于用于红外测温的观察窗,红外测温用的玻璃视窗极易被污染,造成测温误差甚至无法测温,因此必须对玻璃视窗进行及时的清理。常用的办法是对玻璃视窗进行实时的气体吹扫,防止密闭腔体内粉尘杂质等贴附视窗造成污染。但在压力不断变化的高压的气体环境中对玻璃视窗进行实时的气体吹扫存在技术难度,一是吹扫气体的压力和流量需要一套复杂的装置来精确控制,实现起来难度大,成本高,效果不理想;二是吹扫气体会造成密闭容器内的压力升高,要不断的排出等量气体才能保证密闭容器内压力的稳定;三、高温气体的排出会造成气体流经管路温度升高,对管路造成破坏,存在安全隐患。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种高温高压密闭腔内红外测温系统及方法,用以解决现有测量方法误差大、不稳定的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
本发明提供了一种高温高压密闭腔内红外测温系统,该测温系统包括:红外测温仪、承压透镜、测温探管、冷却系统;承压透镜安装在密闭容器一侧的外壁上;测温探管设于密闭容器中且与承压透镜连接;测温探管的一端伸入高温区作为测温探管的热端,测温探管的另一端固定在承压透镜内壁上作为测温探管的冷端;冷却系统设置于密闭容器的靠近测温探管冷端的外壁上;该测温系统还包括接触式热偶。
在一种可能的设计中,测温探管的内部中空,测温探管的热端封闭。
在一种可能的设计中,测温探管的冷端设有通气孔。
在一种可能的设计中,通气孔的数量为1或多个。
在一种可能的设计中,测温系统还包括云台,红外测温仪安装在云台上。
在一种可能的设计中,冷却系统靠近承压透镜一侧设置冷却水入口,冷却系统远离承压透镜一侧设置冷却水出口。
在一种可能的设计中,红外测温仪的镜头与测温探管对准设置。
在一种可能的设计中,测温系统还包括监控系统和线路板,红外测温仪的信号输出端与线路板的输入端连接,线路板的信号输出端与监控系统的输入端连接,监控系统将输入的信号转化成具体温度数据进行显示。
本发明还提供了一种高温高压密闭腔内红外测温方法,采用上述的测温系统,测温方法包括如下步骤:
步骤1:清理坩埚,将物料放入坩埚中,将坩埚放置在密闭容器中;
步骤2:关闭密闭容器的炉门,开启测温系统的冷却系统,对炉腔抽真空至炉腔内真空度低于1pa,启动加热器进行两段升温;第一段升温采用接触式热偶测温;第二段升温同时采用接触式热偶测温和红外测温系统测温;
步骤3:继续升温至物料所需温度后进入保温状态,此阶段采用红外测温系统测温;
步骤4:保温结束,断开加热器,进入冷却阶段,待温度降至100℃以下,打开炉门,取出荧光粉。
在一种可能的设计中,两段升温包括:
第一段:将炉内温度升至1100-1200℃,保温1-2小时;打开氩气阀门,向炉内充入氩气至1.0Mpa;
第二段:继续升温至1600-1750℃,保温1-2小时,再次打开氩气阀门,向炉内充入氩气至5.0Mpa。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
1、本发明提供的高温高压密闭腔内红外测温系统的承压透镜和测温探管冷端周围安装有冷却系统;通过冷却系统降低测温探管冷端周围气体的温度,使得测温探管高温端和冷端之间形成温度骤降梯度,高温气体在向冷端流动过程中挥发物和粉尘等杂质逐渐沉积,从而保证越靠近测温探管冷端通气孔的气体纯净度越高,使得进入到测温探管内的气体纯净无杂质,防止气体中的杂质附着在观察窗上,有效解决了观察视窗被污染的问题,测量数据稳定、精度高,可以实现长时间连续测温。
2、本发明提供的高温高压密闭腔内红外测温系统采用的承压透镜,承压透镜一是种特种石英玻璃,透光性高,能够承受高压冲击。安装在密闭容器的外壁上,作为密闭容器壁的一部分,既起到承压作用,又用来做观察窗,此系统结构简单,安装方便,成本低廉。测温探管周围安装的冷却系统不仅对测温探管周围气体进行冷却,同时也能够保证承压透镜周围较低的温度,避免高温气体对承压透镜形成冲击损坏,造成安全事故。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分的特征和优点从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的,而并不认为是对本发明的限制,在整个附图中,相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明提供的一种高温高压密闭腔内红外测温系统的结构示意图;
图中:1-红外测温仪、2-承压透镜、3-测温探管、4-冷却系统、5-密闭容器、6-云台、7-冷却水入口、8-冷却水出口、9-第一法兰、10-第二法兰。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
实施例一
本实施例提供了一种高温高压密闭腔内红外测温系统,参见图1,包括红外测温仪1、承压透镜2、测温探管3、冷却系统4;承压透镜2安装在密闭容器5的外壁上;承压透镜2内侧安装测温探管3;测温探管3的一端伸入高温区作为测温探管的热端,测温探管3的另一端固定在承压透镜2内壁上作为测温探管的冷端;承压透镜2和测温探管的冷端周围设置有冷却系统4,冷却系统为环状夹套结构,内外两层,冷却水从冷却水入口进入夹套内,从冷却水出口流出。
具体的,承压透镜2与测温探管3相连的部分作为观察窗,红外测温仪1的镜头通过观察窗捕捉密闭容器内的高温辐射出来的红外光线进行测温。
与现有技术相比,本实施例提供的高温高压密闭腔内红外测温系统的承压透镜和测温探管冷端周围安装有冷却系统;通过冷却系统降低测温探管冷端周围气体及物料的温度,使得高温气体在向冷端流动时挥发物和粉尘等杂质向下沉积在测温探管外壁上,从而进入到测温探管内的气体纯净,防止气体附着在观察窗上,有效解决了观察视窗被污染的问题,测量数据稳定、精度高,可以实现长时间连续测温。
具体的,承压透镜2通过第一法兰9与测温探管3固定连接,承压透镜2与第一法兰9之间设置有密封圈,可以保证强度和密封性能的要求;测温探管3通过第二法兰10与密闭容器5固定连接,密闭容器5与第二法兰10之间设置有密封圈,可以保证强度和密封性能的要求。
具体的,承压透镜是一种特种石英玻璃,透光性高,能够承受高压冲击,也具备一定的热强度;承压透镜安装在密闭容器的外壁上,作为密闭容器壁的一部分,既起到承压作用,又用来做观察窗。
具体来说,测温探管3的内部中空,测温探管的热端封闭,进而保证测温探管的热端与密闭容器内物料的温度相同。
为了保证密闭容器内压力变化时测温探管内外压力平衡,测温探管的冷端设有一个通气孔。
具体来说,测温探管的材质为钨,因此测温探管的耐高温性能好,且在高温下的抗下垂性能好,使用寿命长。
在使用时,将红外测温仪1安装在云台6上,为了保证测温的准确性,将红外测温仪1的镜头对准测温探管3。
具体的,测温系统还包括接触式热偶,接触式热偶的测温端设置在测温探管3的热端的上方或下方,接触式热偶通过补偿导线连接到控温仪表上。实施时,初始升温阶段温度较低,测温探管的热端温度较低,红外线较弱,此时可以用接触式热偶来测温。
具体的,测温系统还包括监控系统和线路板,红外测温仪1的信号输出端与线路板的输入端连接,线路板的信号输出端与监控系统的输入端连接,监控系统将输入的信号转化成具体数字进行显示;实施时,测温探管的热端与密闭容器内物料的温度相同,测温探管的热端不断释放红外光线,红外测温仪1的镜头通过观察窗捕捉密闭容器内的高温辐射出来的红外光线,红外测温仪1将红外光线信号转换为监控系统可以识别的电信号,监控系统将输入的信号转化成具体的温度数据进行显示。
本发明提供的高温高压密闭腔内红外测温系统的承压透镜和测温探管冷端周围安装有冷却系统;通过冷却系统降低测温探管冷端周围气体的温度,使得测温探管高温端和冷端之间形成温度骤降梯度,高温气体在向冷端流动过程中挥发物和粉尘等杂质逐渐沉积,从而保证越靠近测温探管冷端通气孔的气体纯净度越高,使得进入到测温探管内的气体纯净无杂质,防止气体中的杂质附着在观察窗上,有效解决了观察视窗被污染的问题,测量数据稳定、精度高,可以实现长时间连续测温;本发中的承压透镜是一种特种石英玻璃,透光性高,能够承受高压冲击,承压透镜安装在密闭容器的外壁上,作为密闭容器壁的一部分,既起到承压作用,又用来做观察窗,此系统结构简单,安装方便,成本低廉;测温探管周围安装的冷却系统不仅对测温探管周围气体进行冷却,同时也能够保证承压透镜周围较低的温度,避免高温气体对承压透镜形成冲击损坏,造成安全事故。
实施例二
本实施例提供了一种高温高压密闭腔内红外测温方法,采用实施例一提供的测温系统,测温方法包括如下步骤:
采用本发明的红外测温方法在压力烧结设备中对荧光粉进行高温煅烧加压,煅烧温度2000℃,煅烧时间10小时,最高压力9.5Mpa。
步骤1:先对煅烧使用的坩埚、料托进行清理,将荧光粉生料放入到坩埚中。然后将其安置在密闭容器(在本实施例中指压力烧结炉)中。
步骤2:关闭压力烧结炉的炉门,开启测温系统的冷却系统。对炉腔抽真空至炉腔内真空度低于1pa,启动加热器开始升温。升温前期由于温度较低,采用接触式热偶测温。
步骤3:待炉内温度升至1200℃进入保温,保温时间1小时。打开氩气阀门,向炉内充入氩气至1.0Mpa。达到1200℃以后,红外测温系统开始投入使用,采用算法对接触式热偶测温数据与红外测温数据进行差值和稳定性比对,在下一步把红外测温转换成为主控温度之前对红外测温数值进行补偿。
步骤4:继续升温至1750℃,然后进入1小时保温阶段;再次打开氩气阀门,向炉内充入氩气至5.0Mpa;达到1750℃以后,接触式热偶退出测温区域,采用红外测温系统测温。
步骤5:继续升温至2000℃进入10小时保温,此阶段采用红外测温系统测温;再次打开氩气阀门,向炉内充入氩气至9.5Mpa。
步骤6:保温结束,断开加热器,进入冷却阶段。待温度降至100℃以下,打开阀门排出氩气,打开炉门,取出荧光粉。
具体的,使用红外测温系统测温时,测温探管的热端与密闭容器内物料的温度相同,测温探管的热端不断释放红外光线,红外测温仪1的镜头通过观察窗捕捉密闭容器内的高温辐射出来的红外光线,红外测温仪1将红外光线信号转换为监控系统可以识别的电信号,监控系统将输入的信号转化成具体温度数据进行显示。
因为炉腔体积较大和生产工艺的要求,该生产过程中的升温分阶段进行,以保证烧结炉内各部位温度的均匀性;同时要求分步向炉内充入惰性气体,为物料的反应提供惰性压力气体环境。然而,由于充入气体的温度在室温水平,而炉内气体温度在1000℃~2000℃水平,内外部气体温度差别大以及生产工艺对充入气体速率的要求,充入气体时炉内都会发生强烈对流和扰动现象。这种强烈的对流和扰动裹挟着炉内物料和挥发物粉末等杂质极易附着在观察窗上,造成对观察窗的污染,影响红外测温的进行。但是通过使用本发明提供的装置观察发现观察窗的污染明显减少。
按照这个工艺过程生产1月后,观察观察窗在炉体内侧的镜面,镜面上干净清洁,几乎无粉尘和蒸汽残留;并且对比每次生产过程中使用此红外测温装置采集的温度数据显示,温度数据稳定无跳变,温度曲线重合度高,且烧结出来的荧光粉产品性能良好,理化试验数据合格。这表明采用红外测温方式进行炉腔体内的温度控制可以保证炉膛内部不同加热区域温度的均匀性。
对比例一
采用传统的非接触式红外测温仪对高温高压密闭容器进行测温,使用1次后,发现玻璃视窗上出现了严重的灰尘堆积,导致测温不准。
综上所述,本发明实施例提供了一种高温高压密闭腔内红外测温系统及方法,本发明的测温系统的承压透镜和测温探管冷端周围安装有水冷装置;通过水冷装置降低测温探管冷端周围气体及物料的温度,使得高温气体在向冷端流动时挥发物和粉尘等杂质沉积在测温探管外壁上,从而进入到测温探管内的气体纯净,防止气体附着在观察窗上,有效解决了观察视窗被污染的问题,测量数据稳定、精度高,可以实现长时间连续测温;并且本发明提供的测温系统采用的承压透镜安装在密闭容器的外壁上,作为密闭容器壁的一部分,既起到承压作用,又用来做观察窗,此系统结构简单,安装方便,成本低廉。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。