CN114264374B - 一种金属线快速加热设备测温校准的方法 - Google Patents

一种金属线快速加热设备测温校准的方法 Download PDF

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Abstract

一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：A、将双色红外测温仪探头光路正对金属线高温区间，调整焦距使其和金属线直径配合并固定测温仪；B、将已知熔点的金属线缓慢加热至熔化前的相变潜热平台，调整双色红外测温仪接收信号的发射率及比值使该平台温度测量值接近实际值；C、将已知熔点的样品金属线快速加热至熔化，进一步调整双色温红外测温探头接收信号的比值使熔化温度测量值准确；该方法校准后可以在金属线快速加热设备测温时得到准确温度值及时间‑温度曲线，其绝对误差小，可重复性高。

Description

一种金属线快速加热设备测温校准的方法
技术领域
本发明涉及红外测温的技术领域，尤其涉及双色红外测温仪温度校准的方法。
背景技术
快速加热作为一种热处理手段可以进行材料的成相处理，如：将Nb3Al前驱线材快速加热到1590℃时出现共晶转变。对直径较小金属线材进行快速加热时，接触式测温包括热电偶或实时电阻率-温度关联测试均会有较大误差且安装不便。非接触式双色红外测温仪通过监测待测物体发射的两个波长接近的红外能量，以二者比值得到的温度测量值避免了金属表面反光、光路介质散射和待测物体较小的问题，同时其具有温度采集速度快和易于安装移动的特点，从而适用于金属线材快速加热时的温度测试。红外测温仪通常会在出厂前借助人造黑体的初始校准，但由于双色红外测温仪独特的工作原理，在具体使用环境下进行进一步校准将获得更为精准的温度数据。
双色红外测温仪实际使用中通常会有较为复杂的使用环境，在Nb3Al超导线材的快速加热过程中，加热时间仅为0.1～2s，并且测温仪摆放位置和实际线材最大热量辐射点存在一定距离，同时光路中间介质为带有Ga蒸汽的低压空气。金属线材快速加热的温度校准首先保证特定使用环境稳态温度的测量准确性，而快速加热过程的测温则需要进一步校准检验。
发明内容
本发明的目的是提出一种金属线快速加热设备测温校准的方法，该方法校准后的测温值具有的较小的绝对和重复误差。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、将双色红外测温仪探头光路正对金属线高温区间，调整焦距使其和金属线直径配合并固定测温仪；
B、将已知熔点的金属线缓慢加热至熔化前的相变潜热平台，调整双色红外测温仪接收信号的发射率及比值使该平台温度测量值接近实际值；
C、将已知熔点的样品金属线快速加热至熔化，进一步调整双色温红外测温探头接收信号的比值使熔化温度测量值准确；
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、申请人发现：当双色红外测温未校准各波长发射率及比值时，在空气中快速加热和真空中加热金属线的温度测量均有较大绝对误差和一定的重复误差，不能反应准确温度。然而通过在红外测温仪的焦距调整、金属线高温区间的测温光路对准，以及具体测温环境下使用多种不同熔点的纯金属线在熔化前温度稳定的相变潜热平台或熔断温度进行测温参数调整，可以在一定温度范围内得到比较准确的测温值，同时测温校准后在快速加热金属线过程中也可读出较为准确的测温值，本发明可以为快速加热金属线提供准确的温度变化曲线以分析成相，这有利于为精细化控制快速加热处理过程提供依据。
测试表明，本发明校准后的双色温红外测温仪温度测量值在金属线快速加热过程的1500℃～2500℃范围具有较低的测温误差，绝对误差低于50℃，重复误差低于20℃。已经准确对Nb线、Fe线、Ni线及Nb3Al前驱线材进行温度校准及测试并得出精准的时间-温度曲线。分析校准后的Nb3Al前驱线材快速加热过程的时间-温度曲线可以发现对应于Nb-Al标准相图的共晶(1590℃)及过饱和Bcc相转化(1940℃)吸热峰，校准后的温度测量值具有分析相变的实际意义。
进一步，本发明校准的温度不对测温光路间隔介质的种类、距离有明显敏感性，因为双色温校准的发射率比值可以减少相应干扰，但本发明的步骤A操作及实际测试需要光路正对测温点，这可以减少校准及测试过程辐射红外线的折射。
进一步，本发明的步骤B和步骤C的操作，均在低氧环境下进行。
这样，金属线在校准及实际加热过程不会因为氧化而影响相变潜热对应温度，这可以减小测温的绝对和重复误差。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1为一种金属线快速加热设备测温校准的光路示意图；
图2为本申请实施例1的金属线测温校准后在金属线加热过程温度变化曲线。其中：纵坐标为温度，单位为摄氏度(℃)；横坐标为时间，单位为秒(s)。
具体实施方式
实施例1
一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、通过双色红外测温仪分辨率(100∶1)估算直径2mm的纯Nb线材测温焦距为20cm，在树脂观测窗外调整红外探头方向使其正对金属线材中部并保持二者距离20cm，清理树脂观察窗内外壁，使用三角支架保持红外探头稳定；
B、在10Pa真空下，将2mm纯Nb线材在设备中以恒流模式缓慢焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台并保持该温度一定时间，调整双色温红外测温探头接收信号的发射率1为1.090，发射率2为1.000，斜率为1.090使相变潜热平台测温值接近纯Nb熔点2468℃，使绝对误差小于100℃，同条件下多次重复误差小于30℃；
C、在10Pa真空下，将新更换的2mm纯Nb线材在设备中以恒流模式快速焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台或加热至熔断，进一步精细调整双色温红外测温探头接收信号的斜率为1.092使相变潜热平台或熔断测温值更加接近纯Nb熔点2468℃，使绝对误差小于50℃，同条件下多次重复误差小于20℃；
实施例2
一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、通过双色红外测温仪分辨率(300∶1)估算直径1mm的纯Fe线材测温焦距为30cm，在树脂观测窗外调整红外探头方向使其正对金属线材中部并保持二者距离30cm，清理树脂观察窗内外壁，将红外探头机械固定在观测窗上方；
B、在5Pa真空下，将1mm纯Fe线材在设备中以恒流模式缓慢焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台并保持该温度一定时间，调整双色温红外测温探头接收信号的发射率1为1.090，发射率2为1.000，斜率为1.090使相变潜热平台测温值接近纯Fe熔点1538℃，使绝对误差小于100℃，同条件下多次重复误差小于30℃；
C、在5Pa真空下，将新更换的1mm纯Fe线材在设备中以恒流模式快速焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台或加热至熔断，进一步精细调整双色温红外测温探头接收信号的斜率为1.092使相变潜热平台或熔断测温值更加接近纯Fe熔点1538℃，使绝对误差小于50℃，同条件下多次重复误差小于20℃；
实施例3
一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、通过双色红外测温仪分辨率(100∶1)估算直径1mm的纯Ni线材测温焦距为10cm，在快速加热设备内调整红外探头方向使其正对金属线材中部并保持二者距离10cm，将红外探头机械固定在设备内部；
B、在Ar气氛下，将1mm纯Ni线材在设备中以恒流模式缓慢焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台并保持该温度一定时间，调整双色温红外测温探头接收信号的发射率1为1.050，发射率2为1.000，斜率为1.050使相变潜热平台测温值接近纯Ni熔点1453℃，使绝对误差小于80℃，同条件下多次重复误差小于30℃；
C、在Ar气氛下，将新更换的1mm纯Ni线材在设备中以恒流模式快速焦耳加热到线材熔化前的相变潜热平台或加热至熔断，进一步精细调整双色温红外测温探头接收信号的斜率为1.054使相变潜热平台或熔断测温值更加接近纯Ni熔点1453℃，使绝对误差小于40℃，同条件下多次重复误差小于20℃；
实施例4
一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、通过双色红外测温仪分辨率(100∶1)估算直径2mm的Nb3Al前驱线测温焦距为20cm，在树脂观测窗外调整红外探头方向使其正对金属线材中部并保持二者距离20cm，清理树脂观察窗内外壁，使用三角支架保持红外探头稳定；
B、在10Pa真空下，将2mm Nb3Al前驱线在设备中以恒流模式缓慢焦耳加热到出现共晶吸热平台，调整双色温红外测温探头接收信号的发射率1为1.090，发射率2为1.000，斜率为1.090使共晶吸热平台测温值接近标准Nb-Al相图共晶点1590℃，使绝对误差小于100℃，同条件下多次重复误差小于30℃；
C、在10Pa真空下，将新更换的2mm Nb3Al前驱线在设备中以恒流模式快速焦耳加热到出现共晶吸热平台，进一步精细调整双色温红外测温探头接收信号的斜率为1.092使共晶吸热平台更加接近标准Nb-Al相图共晶点1590℃，使绝对误差小于50℃，同条件下多次重复误差小于20℃；
对照例：
对照例的操作与实施例1的基本操作完全相同，不同的仅仅是未校准测温参数，即B步缺少发射率1，发射率2和斜率调整及C步缺少斜率调整。
测试结果表明：
实施例1测试得快速加热下Nb线材熔点为2494℃，绝对误差小于30℃，同条件下多次重复误差小于20℃。
实施例2测试得快速加热下Fe线材熔点为1511℃，绝对误差小于30℃，同条件下多次重复误差小于20℃。
实施例3测试得快速加热下Ni线材熔点为1488℃，绝对误差小于30℃，同条件下多次重复误差小于20℃。
实施例4测试得快速加热下Nb3Al前驱线共晶点为1584℃，绝对误差小于10℃，同条件下多次重复误差小于10℃。
对照例测试得快速加热下Fe线材熔点为1606℃，绝对误差小于70℃，同条件下多次重复误差小于40℃。
总之，本发明方法校准的金属线快速加热设备的测温值具有较好准确度，在1500℃～2500℃范围具有较低的测温误差，绝对误差小于30℃，重复误差小于20℃，同时快速加热过程中连续采集信号得到的时间-温度数据也具有同样的准确度。

Claims (3)

1.一种金属线快速加热设备测温校准的方法，包括以下步骤：
A、将双色红外测温仪探头光路正对金属线高温区间，调整焦距使其和金属线直径配合并固定测温仪；
B、将已知熔点的金属线缓慢加热至熔化前的相变潜热平台，调整双色红外测温仪接收信号的发射率及比值使该平台温度测量值接近实际值；
C、将已知熔点的样品金属线快速加热至熔化，进一步调整双色温红外测温探头接收信号的比值使熔化温度测量值准确；所述步骤B和步骤C的操作，金属线加热环境均在低氧条件下进行。
2.根据权利要求1所述的一种金属线快速加热设备温度校准的方法，其特征在于：所述的校准用金属线直径为1～3mm。
3.根据权利要求1所述的一种金属线快速加热设备温度校准的方法，其特征在于：所述步骤B和步骤C的操作，金属线加热使用恒流焦耳加热。
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