CN117091718A - 一种基于数据融合的环冷机测温方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数据融合的环冷机测温方法及装置，包括置于箱体内的声学测温系统、气压测温系统、热电偶测温系统、红外线测温系统，声学测温系统和气压测温系统置于与被测物接触的箱体前板块内侧，箱体内由高温耐火填充物和隔热物质填充；四种测量系统分别获取箱体前板块测温数据、声波在第一空腔内部发生与接收时间差和第二空腔的内部气压；第一、二空腔和箱体前板块测温数据作为被测物温度，经计算机进行数据融合测温数据，得到环冷机实际温度值。通过四种测量方法，经数据融合得到更加准确的测量数据。避免了容易受到灰尘等影响，避免使热电偶被流体等冲击损害。且热电偶由绝热物质填充，使热电偶测温更加准确。
Description
技术领域
本发明属于钢铁冶金领域，涉及一种测温方法以及测温装置，具体涉及环冷机炉温以及高温烧结矿温度测试装置。
背景技术
环冷机多数是一个环状槽形结构，由若干可翻转的台车构成的工作面，环形中车两侧围有内外墙，构成环形回转体，上部为环型机罩罩住。回转体分别被缓冲刮料板、平料板、隔板等隔开，使其被分为给矿部、高温段(第一冷却阶段)、低温段(第二、第三冷却阶段)以及排矿部等几部分，这几个部分都是相互隔开也与外界隔开，其温度互不相同。而环冷机各个部分炉温以及烧结矿温度是工作者关注监测以及控制的重点问题，是环冷机冷却效率的影响因素以及评判标准，也是环冷机顺行的保证。因此对环冷机内部各个部分炉温的测量具有重要的实际价值。
目前，市场上环冷机测温主要有热电偶测温与红外线测温，但这两个都存在着缺陷：
1、热电偶测温，市场上多为热电偶直接埋设或打孔测，而环冷机内部烧结矿处于流动、高温状态，那样埋设或者打孔插入的热电偶会直接受到矿物冲刷，导致热电偶位置松动偏离，从而影响热电偶使用寿命。
2、红外线测温，市场上多为部分段的现场人工测量或部分的表面温度测量。而环冷机内部灰尘遍布，人员工作环境恶劣。使用的红外线测温易受灰尘等环境因素干扰，使测量结果不准确。且人工测量费时费力。
总的来说，由于环冷机内炉况复杂，测温装置工作环境恶劣，极易导致测温装置损坏，测量温度不准确等问题。同时，且现有市场上的测温装置都只能用于测量环冷机特定部分，不具有通用性。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种更加通用的、测量结果更精确以及不易损坏的一种基于数据融合的环冷机测温方法和通用测温装置。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于数据融合的环冷机测温装置，包括：
置于箱体内的声学测温系统、气压测温系统、热电偶测温系统、红外线测温系统和数据采集卡，数据采集卡连接至计算机，其中：
声学测温系统和气压测温系统置于与被测物接触的箱体前板块内侧，声学测温系统和气压测温系统由高温耐火填充物填充；箱体的其余内腔由隔热物质填充；
热电偶测温系统和红外线测温系统分别获取箱体前板块测温数据；
声学测温系统获取声波在第一空腔内部发声与接收时间差；
气压测温系统获取第二空腔的内部气压；
第一空腔、第二空腔和箱体前板块测温数据作为被测物温度，经计算机进行数据融合所述测温数据，得到环冷机实际温度值。
作为优选，声学测温系统包括一个紧贴固定在箱体前板块的第一空腔，第一空腔内填充有低压惰性气体。
作为优选，第一空腔的两侧面分别安装发声装置和声波接收装置，发声装置和声波接收装置分别连接数据采集卡。
作为优选，气压测温系统包括一个紧贴固定在箱体前板块的第二空腔，第二空腔与箱体前板块接触面面积大且导热，第二空腔内填充有低压惰性气体。
作为优选，热电偶测温系统的热电偶感温端与箱体前板块接触。
作为优选，红外线测温系统的红外线测温仪通过水平直线保护管与箱体前板块相连。
本发明另一方面，提供了一种所述装置采用的基于数据融合的环冷机测温方法，包括如下步骤：
将箱体前板块与被测物接触或靠近，被测物的热量通过箱体前板块以及导热填充物热传导导入声学测温系统的第一空腔和气压测温系统的第二空腔；
热电偶测温系统、红外线测温系统、发射声波装置和气压传感器分别获取四组测温数据，通过数据采集卡采集测量数据，由计算机计算得到测量温度；
对测量温度进行数据融合得到实际温度值，去除异常值后算术平均值即为环冷机测温值。
作为优选，热电偶测温系统、红外线测温系统、发射声波装置和气压传感器分别获取四组测温数据，包括：
热电偶感温端直接与箱体前板块接触，被测物传导热量至箱体前板块，箱体前板块温度与被测物一致，热电偶依次测量得到测温数据；
红外线测温仪照射红外线至箱体前板块得到测量数据；
发声装置在短时间内依次发射声波，声波接收装置依次接收声波；
气压测温系统测得第二空腔压力；
数据采集卡采集声波的发生与接收之间的时间差，由计算机计算得到测量数据。
作为优选，对测量温度进行数据融合得到实际温度值，包括：
a.对于四组数据进行异常值查找与替换；
1)将四组数据按上升顺序排序；
2)分别计算每组数据的算术平均值x0与标准差σ0；
3)根据计算数据i对应的标准偏差gi值，其中xi为每组对应数据，n为该组数据个数；
4)以α为显著性水平参数，寻找格罗布斯准则统计的临界值，若gi大于标准值则为异常值；
5)去除异常值后以算术平均值x0替代；
b.根据处理好的每组数据，最终融合得到最优测量值：
1)分别计算四组测量数据的方差；
2)利用加权数据融合方法计算每组最优权重值；
3)融合四组数据得到更加精确测温值。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
1.本发明引入了四种测量方法，然后通过数据融合得到更加准确的测量数据。
2.本发明通过测量箱体前板块内的红外线测温，避免了容易受到灰尘等影响，使测量时不存在灰尘等其他恶劣环境。
3.本发明通过测量箱体前板块内的热电偶测温，不直接与被测物接触，避免使热电偶被流体等冲击损害。且热电偶部分附近都是由绝热物质填充，可以使冷端稳定，使热电偶测温更加准确。
4.本发明可实现全程测量无人化以及数据实时传输记入。同时，可通过四个测量系统数据差异，判断零件损坏。
5.本发明为一个箱体的一体化测温装置，可以在环冷机各部分测温通用；安装简单可靠、检修更换和拆装方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明在环冷机环形回转体的模拟运用立体图。
图中：1、声学测温系统，11、发声装置，12、第一空腔，13、声波接收装置；2、气压测温系统，21、第二空腔，22、气压传感器；3、红外线测温系统，31、保护管，32、红外线测温仪；4、热电偶测温系统；41、热电偶；5、箱体，51、箱体前板块，52、隔热壳体，53、填充物，54、隔热物质；6、数据采集卡；7、计算机；8、导线；9、被测物。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1、图2所示，本发明公开了一种环冷机测温装置，其主要包括置于箱体5内的声学测温系统1、气压测温系统2、热电偶测温系统3、红外线测温系统4和数据采集卡6，声学测温系统1、气压测温系统2、热电偶测温系统3和红外线测温系统4分别连接数据采集卡6，数据采集卡6连接至计算机7。
其中，箱体5包括箱体前板块51、隔热壳体52、填充物53和隔热物质54。箱体5包括箱体前板块51和隔热壳体52，箱体前板块51位于隔热壳体52前部，箱体前板块51易导热耐高温。光学测温系统1以及气压测温系统2位于箱体前板块51内侧。
气压测温系统2有一个紧贴固定在箱体前板块51的第二空腔21，第二空腔21是一个固定体积，与箱体前板块51接触面面积较大的长方体，接触面大，容易导热。第二空腔21里面有高温低压惰性气体，高温低压惰性气体为氦气，内部压强为0.5atm。与箱体5接触面相对的第二空腔壁上安装灵敏耐高温气压传感器22，用于测量第二空腔21内部气压。
其中，第二空腔21的底面紧贴固定在箱体前板块52上，沿高度距离大于底面宽度，可以增大声波在第一空腔12的传播距离，传播时间间隔增大，使得能获得更加准确的传播时间。
声学测温系统1有一个紧贴固定在箱体前板块51的第一空腔12。第一空12是一个长为S、宽为a以及高为b的小长方体，第一空腔12里面充有低压惰性气体，低压惰性气体为氮气，内部压强为0.5atm。第一空腔12的两侧面分别安装发声装置11和声波接收装置13，发生端与接收端在同一线上，发声装置11和声波接收装置13分别连接数据采集卡6。发声装置11和声波接收装置13耐高温。
热电偶测温系统3、红外线测温系统4和数据采集卡6分别位于箱体5中部。热电偶测温系统4为一个水平放置的热电偶41，热电偶41感温端与箱体前板块51接触。红外线测温系统3包括红外线测温仪32以及保护管31，红外线测温仪32通过水平直线保护管31与箱体前板块51相连，为红外线测温仪32提供测量通道。
声学测温系统1和气压测温系统2由易导热高温耐火的填充物53填充，不会对热量传递产生阻隔作用。易导热高温耐火填充物53为小块状的炭砖，成分一致，可以合理均匀的填充满空余部分。
箱体5的其余内腔由隔热物质填充54，隔热物质54为小块状的岩棉，可以合理的填充剩下部分。
如图2示，声学测温系统1、气压测温系统2、热电偶测温系统3和红外线测温系统4与数据采集卡6和计算机7之间都是通过耐高温导线8连接。
声学测温系统的测量原理为：由于第一空腔为低压惰性气体，而对那些理想气体或低密度的单原子气体，声速与热力学温度有如下关系：
式中，V为在介质中的传播速度，m/s；y为气体绝热指数(等于定压比热容与定容比热容之比)；R为气体常数，8.314J/(mol·k)；m为气体摩尔量，㎏/mol；T为气体绝对温度，K；其中y·R/m＝Z的值对于指定的气体，Z为常数。
而有发声装置发声到声波接收装置接收的时间间隔，可以得到声波在长方体的传播时间t，而传播距离固定为S，由公式：V＝S/t，则可得到介质中的传播速度V。
由以上得到计算公式：
式中T1：被测物温度，℃。
因此要得到被测物温度，需要得到以下物理量：1、声波传播距离，即第一空腔长度S；2、声波在第一空腔的传播时间，即发声装置发声到声波接收装置接收的时间间隔；3、气体的绝热指数与气体常数，从而得出Z，即第一空腔内部气体的组成成分、状态参量。
气压测温系统的原理为：因为第二空腔里面是低压的氦气，且工作环境多为高温状态。因此可用理想气体状态方程：PV＝NRT。
因此可以得到待测温度
式中，T为待测温度，℃；V为理想气体体积，m3；n为气体的物质的量，mol；R为比例系数，8.314J/(mol·k)；P为气体压强，Pa。
因此要得到被测物温度，需要以下物理量:1、气体体积，即第二空腔体积；2、气体的物质的量，即气体质量，进而得到物质的量；3、气体压强。
本发明的具体工作步骤为：
步骤1：本装置固定或者填埋在需要测的地方，使箱体前板块51与被测物9接触或者靠近即可，此时被测物9的热量通过箱体前板块51以及导热填充物53热传导导入第一空腔12和第二空腔21。达到稳定时，第一空腔12、第二空腔21的内部温度和箱体前板块51温度即为被测物9温度。
步骤2：四个测温系统工作，获取四组测温数据。具体包括如下：
1)热电偶41感温端直接与箱体前板块51接触，被测物9传导热量至箱体前板块51，箱体前板块51温度与被测物9一致，热电偶41依次测量得到测温数据。
2)红外线测温仪3照射红外线至箱体前板块51得到测量数据。
3)发声装置11在短时间内依次发射声波，使声波发射、传播以及接收互不影响。由声波接收装置13依次接收声波，数据采集卡采集声波的发生与接收之间的时间差；由计算机计算得到测量数据。
4)在短时间内气压传感器21依次测得第二空腔21压力，数据采集卡6采集测量数据，由计算机计算得到测量数据。
四个测温系统对于同一温度不应少于10次的测量。
步骤4：对四个测量方法得出的测量温度进行数据融合以得到更贴合实际温度值。其具体步骤如下：
步骤4.1，对于四组数据进行异常值查找与替换，具体包括：
1)将四组数据按上升顺序排序(x1≤x2≤...≤xn，n为每组数据个数)；
2)分别计算每组数据的算术平均值x0与标准差σ0；
3)根据计算每个数据对应的gi值；
4)以α为显著性水平参数，取0.05，寻找格罗布斯准则统计的临界值，若gi大于标准值则为异常值；
5)去除异常值后以算术平均值x0替代。
步骤4.2，根据处理好的每组数据，最终融合得到最优测量值。
具体包括：
1)分别计算四组测量数据的方差，采用公式如下：
其中，Si表示为第i组的方差；Si′表示第i组的测量值与四组测量的平均值的方差。
2)利用加权数据融合的思想，计算每组最优权重值，采用公式如下：
其中，wi表示第i的最优权重值。
3)融合四组数据得到更加精确测温值。采用公式如下：
其中，x为融合后更加精确的测温值；xi为第i组的平均测温值；wi表示第i的最优权重值。
本发明可以固定安装或者直接埋设在需要测量的地方，只要箱体前板块与被测物接触或者处于需测环境，四个测温系统都可测出温度，以及它们可以拟合得到更加贴合实际的温度数据，可以互相校准判断零件损坏等其他异常情况，可直接传输至中央控制室供工作人员实时监测。并且本发明用途广泛，可用于环冷机各个需要温度测量的地方。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，包括：
置于箱体内的声学测温系统、气压测温系统、热电偶测温系统、红外线测温系统和数据采集卡，数据采集卡连接至计算机，其中：
声学测温系统和气压测温系统置于与被测物接触的箱体前板块内侧，声学测温系统和气压测温系统由高温耐火填充物填充；箱体的其余内腔由隔热物质填充；
热电偶测温系统和红外线测温系统分别获取箱体前板块测温数据；
声学测温系统获取声波在第一空腔内部发声与接收时间差；
气压测温系统获取第二空腔的内部气压；
第一空腔、第二空腔和箱体前板块测温数据作为被测物温度，经计算机进行数据融合所述测温数据，得到环冷机实际温度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，声学测温系统包括一个紧贴固定在箱体前板块的第一空腔，第一空腔内填充有低压惰性气体。
3.根据权利要求2所述的一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，第一空腔的两侧面分别安装发声装置和声波接收装置，发声装置和声波接收装置分别连接数据采集卡。
4.根据权利要求1所述的一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，气压测温系统包括一个紧贴固定在箱体前板块的第二空腔，第二空腔与箱体前板块接触面面积大且导热，第二空腔内填充有低压惰性气体。
5.根据权利要求1所述的一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，热电偶测温系统的热电偶感温端与箱体前板块接触。
6.根据权利要求1所述的一种基于数据融合的环冷机测温装置，其特征在于，红外线测温系统的红外线测温仪通过水平直线保护管与箱体前板块相连。
7.一种如权利要求1-6任一项所述装置的基于数据融合的环冷机测温方法，其特征在于，包括如下步骤：
将箱体前板块与被测物接触或靠近，被测物的热量通过箱体前板块以及导热填充物热传导导入声学测温系统的第一空腔和气压测温系统的第二空腔；
声学测温系统、气压测温系统、热电偶测温系统和红外线测温系统分别获取四组测温数据，通过数据采集卡采集测量数据，由计算机计算得到测量温度；
对测量温度进行数据融合得到实际温度值，去除异常值后算术平均值即为环冷机测温值。
8.根据权利要求7所述的一种基于数据融合的环冷机测温方法，其特征在于，声学测温系统、气压测温系统、热电偶测温系统和红外线测温系统分别获取四组测温数据，包括：
热电偶感温端直接与箱体前板块接触，被测物传导热量至箱体前板块，箱体前板块温度与被测物一致，热电偶依次测量得到测温数据；
红外线测温仪照射红外线至箱体前板块得到测量数据；
发声装置在短时间内依次发射声波，声波接收装置依次接收声波；
气压测温系统测得第二空腔压力；
数据采集卡采集声波的发生与接收之间的时间差，由计算机计算得到测量数据。
9.根据权利要求7所述的一种基于数据融合的环冷机测温方法，其特征在于，对测量温度进行数据融合得到实际温度值，包括：
a.对于四组数据进行异常值查找与替换；
1)将四组数据按上升顺序排序；
2)分别计算每组数据的算术平均值x0与标准差σ0；
3)根据公式计算数据i对应的标准偏差gi值，其中xi为每组对应数据，n为该组数据个数；
4)以α为显著性水平参数，寻找格罗布斯准则统计的临界值，若gi大于标准值则为异常值；
5)去除异常值后以算术平均值x0替代；
b.根据处理好的每组数据，最终融合得到最优测量值：
1)分别计算四组测量数据的方差；
2)利用加权数据融合方法计算每组最优权重值；
3)融合四组数据得到更加精确测温值。
10.根据权利要求9所述的一种基于数据融合的环冷机测温方法，其特征在于，分别计算四组测量数据的方差，采用如下公式：
其中，Si表示为第i组的方差；S′i表示第i组的测量值与四组测量的平均值的方差；S′j表示第j组的测量值与四组测量的平均值的方差；
利用加权数据融合方法计算每组最优权重值wi，采用如下公式：
融合四组数据得到更加精确测温值，采用如下公式：
其中，x为融合后的测温值；xi为第i组的平均测温值；wi表示第i的最优权重值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311060751.8A CN117091718A (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 一种基于数据融合的环冷机测温方法及装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311060751.8A CN117091718A (zh) | 2023-08-22 | 2023-08-22 | 一种基于数据融合的环冷机测温方法及装置 |
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| CN117091718A true CN117091718A (zh) | 2023-11-21 |
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