CN220490228U - 一种用于热压罐的红外测温系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于热压罐的红外测温系统，包括开设在热压罐侧壁上的红外视窗以及设置于所述红外视窗内的红外热像仪，其中：所述红外视窗在热压罐的轴向截面上为梯形结构，红外视窗的下端延伸至热压罐内部形成热像仪保护罩，热像仪保护罩的下表面为曲面状红外玻璃；所述红外热像仪通过电动支架安装于热像仪保护罩中，电动支架用于驱动红外热像仪在所述热像仪保护罩内旋转。本实用新型不需要多点监测即可得到热压罐内待测工件的完整温度场数据，并能基于此对工艺过程进行调节。

Description

一种用于热压罐的红外测温系统

技术领域

本实用新型涉及非接触测温技术领域，具体涉及一种用于热压罐的红外测温系统。

背景技术

热压罐是一种常用的工业生产设备，用于高温高压下的物质处理和反应。在热压罐的使用过程中，需要对工件温度进行监测，以确保其安全性和稳定性。产品固化成型的过程对工件的温度及其均匀性有着极其严格的要求。因此，对于工件温度的把控是至关重要的。

目前，热压罐中的温度监测一般采用接触式的探头进行测量，但是这种方式存在着许多问题。首先，接触式探头只能测量固定位置的温度，不能全面地监测工件不同位置的温度情况。其次，每个工件都需要进行布置热电偶的准备工作，效率较低。然而热压罐的工件一般较大，常规的红外测温手段所需要布置的监测点过多，一方面不利于热压罐的安全性和稳定性，另一方面，改造的成本太大。由于产品长度较长，温度沿着流动方向呈现递减趋势，导致产品表面存在温度不均匀特点，从而影响产品质量和固化效率。因此，有必要提供一种不需要过多监测点的用于热压罐的红外测温系统。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于热压罐的红外测温系统，用以解决现有技术存在的问题。

为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于热压罐的红外测温系统，包括开设在热压罐侧壁上的红外视窗以及设置于所述红外视窗内的红外热像仪，其中：

所述红外视窗在热压罐的轴向截面上为梯形结构，红外视窗的下端延伸至热压罐内部形成热像仪保护罩，热像仪保护罩的下表面为曲面状红外玻璃；所述红外热像仪通过电动支架安装于热像仪保护罩中，电动支架用于驱动红外热像仪在所述热像仪保护罩内旋转。

进一步地，所述电动支架能设置红外热像仪的移动路线，从而控制红外热像仪的偏角来调整视角，以获得待测工件的完整二维温度场。

进一步地，所述红外测温系统还包括冷却系统；冷却系统包括连接在热像仪保护罩上的冷却气进口、冷却气出口。

进一步地，成热像仪保护罩的外部设置有保温层。

进一步地，在待测工件表面布置有热电偶，热电偶获取的温度数据用于上位机对红外热像仪进行校准。

进一步地，所述红外热像仪与上位机连接，上位机连接热压罐的加热系统、预警系统。

进一步地，所述红外玻璃的耐温性能大于500℃，耐压性能大于5MPa，红外透过率大于90％。

进一步地，所述红外热像仪的测温范围0-500℃，精度为±0.5℃，安装镜头轴向视角不小于50°，轴向旋转角度不小于40°，径向视角不小于40°，径向旋转角度不小于15°。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术特点：

1.使用方便，减少了每次在作业前工件上布置的接触式测点，节约了生产准备时间，提高了生产效率。同时通过与单点热电偶数据耦合修正，也保证了红外热像仪的精度。

2.通过控制红外热像仪的视角移动，获得热压罐内整个工件的表面温度场，再通过数据转化实现了温度场的三维可视化。

3.根据采集的温度数据，与预设值进行比较，通过报警系统可以对热压罐内工件表面温度及其均匀性进行实时监控与预警。并配合加热系统和温度补偿系统，可实现热压罐内部工件自行控温的效果。

4.利用热压罐工作时温度变化缓慢的特点，本实用新型通过采用曲面红外玻璃，和移动镜头拍摄，减少需要布置的红外热像仪的数量。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为红外视窗部分的放大示意图；

图3为红外热像仪移动时的示意图；

图4为实施例中的控制流程示意图。

图中标号说明：1红外热像仪，2电动支架，31冷却气进口，32冷却气出口，4外风道壁面，5内风道壁面，6工件，7框架式模具，8保温层，9红外玻璃，10红外视窗。

具体实施方式

参见附图，本实用新型提供了一种用于热压罐的红外测温系统，包括开设在热压罐侧壁上的红外视窗10以及设置于所述红外视窗10内的红外热像仪1，其中：

所述红外视窗10在热压罐的轴向截面上为梯形结构，红外视窗10的下端延伸至热压罐内部形成热像仪保护罩，热像仪保护罩的下表面为曲面状红外玻璃9；所述红外热像仪1通过电动支架2安装于热像仪保护罩中，电动支架2用于驱动红外热像仪1在所述热像仪保护罩内旋转。

所述红外热像仪1包括红外探测器、信号放大器、信号处理。

其中，热像仪保护罩作为承压装置对红外热像仪1进行保护；所述红外玻璃9可以透过红外辐射，便于红外热像仪1接收。红外辐射能聚集在红外热像仪1的红外探测器上将被转换为电信号，经过信号放大器和处理器后，通过红外热像仪1内置的算法计算与标定曲线校正后转换为被测工件6的温度值。上位机作为控制系统以及用于三维温度场的展示。

电动支架2可以设置移动路线，从而控制红外热像仪1的偏角来调整视角，以获得完整温度场。成热像仪保护罩的外部设置有保温层8。

参见图1，本实施例中，所述红外测温系统还包括冷却系统；冷却系统包括连接在热像仪保护罩上的冷却气进口31、冷区气出口32；冷却系统通过冷却气进口31、冷区气出口32输送冷气保证红外热像仪1处于正常运转温度。

应用红外热像仪1进行实验测量时，由于被测工件6与环境之间的温度以及发射率等不同，两者的红外辐射能量分布不同，此时可以应用红外热像仪1将红外信号变成电信号再转化为图像形式显示出来，而红外辐射分布和温度分布相对应，以此得到被测工件6的温度。

关于红外玻璃9的耐温耐压性能，可根据热压罐工作条件选取不同的材料和厚度，确保耐温性能大于500℃，耐压性能大于5MPa，红外透过率大于90％。

关于红外热像仪1的精度，由于红外辐射分布与温度分布是一一对应的，可利用热电偶测量精度高的优势，在工件6上布置少量热电偶，上位机通过热电偶采集的温度数据与红外热像仪1数据耦合，对红外热像仪1进行实时校准，提高红外热像仪1的精度。

另外，通过电动支架2控制红外热像仪1进行旋转移动，以获得工件6全方位的视角，在作业时将获取的二维温度场分布通过算法还原成三维温度场，将多视角的温度场合并成工件6三维模型，实现三维可视化展示。

红外热像仪1相比于工件6尺寸很小，可以假设红外热像仪1旋转时，成像点不变，可以得到红外热像仪1的视角和拍摄旋转角度与拍摄长度的关系。

红外热像仪1不旋转时正下方的拍摄长度为：

红外热像仪1旋转角度为β时的拍摄长度为：

红外热像仪1能拍摄的总长度为：

式中，H为热压罐内风道内径，α为红外热像仪1视角，β为红外热像仪1旋转角度。

此外，本实用新型的红外测温系统还可以根据温度场数据控制热压罐的加热系统，自动调节加热系统功率，实现自动控温效果。同时设置报警系统，当温度值或温度均匀性超出预设范围时能够及时发出报警信号，以提醒操作人员采取措施。

本实用新型提出的红外测温系统，可以与各种类型的热压罐配合使用。其中，红外热像仪1的形状、尺寸和数量可以根据具体需要灵活设计，并固定在热压罐的相应位置上，以实现对热压罐内部工件6温度的全面监测。数据显示器可以选择液晶显示屏、数码管、计算机等不同类型的显示设备进行实现，以方便操作人员的使用。

实施例：

根据热压罐和工件6规格，可在周向和径向罐壁上开设一个或多个红外视窗10，确保红外热像仪1可以完全拍摄到工件6表面。红外热像仪1安装在电动支架2上，连接上位机，用于输出三维温度图像；同时上位机作为控制器和报警系统，通过监测的实时罐内温度进行预警提示并做出相应的指令，控制加热系统调节加热功率。当工件6温度均匀性低于预设值(一般为4℃)时，控制温度补偿器对工件6局部进行温度补偿，以满足生产工艺要求。另外，上位机同时接收来自工件6上的热电偶数据，用于红外热像仪1的校准。

以热压罐尺寸4*10m，工件6尺寸2*8*0.01m为例，在热压罐壁面开设视红外视窗10，连通热压罐的外风道壁面4和内风道壁面5形成热像仪保护罩，热像仪保护罩承压能力大于5MPa，热像仪保护罩上部窗口直径200mm，下部窗口直径400mm，确保红外热像仪1旋转角度后可以拍摄完全工件6，热像仪保护罩两侧用保温层8覆盖，在下部窗口上密封安装曲面状红外玻璃9，上部窗口上设置冷却气进口31、冷区气出口32。红外热像仪1通过电动支架2安装在热像仪保护罩内。

红外热像仪1的测温范围0-500℃，精度为±0.5℃，安装镜头轴向视角不小于50°，轴向旋转角度不小于40°，径向视角不小于40°，径向旋转角度不小于15°。

由于工件6尺寸较大，红外热像仪1位于下部窗口正上方时无法拍摄到工件6全貌，可以设置镜头旋转路线控制红外热像仪1角度在轴向和径向旋转来满足需求。

本例中热像仪在轴向上需要移动两次，在径向上需要移动一次，若30s监测一次，则镜头移动速率不小于3.2°/s，

红外玻璃9选用锗玻璃可耐受高温至1000℃，通过冷却系统的进出口进行承压实验，向测温腔内冲压至实验压力，进行24小时的保压实验后，观察红外玻璃9完好无损才算测试合格，以此确定红外玻璃9的使用厚度。当热压罐和工件6的尺寸增大时，可以根据安全性和经济性选择增大窗口大小或增设窗口。

本实施例的具体工作过程如下：

1.工件6在热压罐内框架式模具7上安装完成后，热压罐开启，同时打开红外热像仪1，调整角度，设置红外热像仪1从工件6的一侧开始，先径向旋转拍摄，再轴向移动到下一个视角，呈S形路线，如此往复在30s之内获得工件6全表面的温度数据，并输送至上位机。

2.上位机接收到红外热像仪1温度数据和热电偶单点温度数据，通过对比红外热像仪1和热电偶所测相同位置的温度数据，这两组数据存在线性关系，以此来校准红外热像仪1温度。

3.将校准后的多视角二维温度场数据，转化为工件6三维温度场，由显示器进行输出。

4.上位机根据所测温度数据，与预设温度比较，当工件6平均温度小于预设温度时，进行预警并发出升温指令，提高加热功率，当工件6平均温度大于预设温度时，进行预警并发出降温指令，降低加热功率。

5.上位机根据所测温度数据，与预设温差比较，当工件6局部温差大于预设温差时，进行预警并开启温度补偿器进行温度补偿。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，包括开设在热压罐侧壁上的红外视窗(10)以及设置于所述红外视窗(10)内的红外热像仪(1)，其中：

所述红外视窗(10)在热压罐的轴向截面上为梯形结构，红外视窗(10)的下端延伸至热压罐内部形成热像仪保护罩，热像仪保护罩的下表面为曲面状红外玻璃(9)；所述红外热像仪(1)通过电动支架(2)安装于热像仪保护罩中，电动支架(2)用于驱动红外热像仪(1)在所述热像仪保护罩内旋转。

2.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，所述电动支架(2)能设置红外热像仪(1)的移动路线，从而控制红外热像仪(1)的偏角来调整视角，以获得待测工件(6)的完整二维温度场。

3.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，所述红外测温系统还包括冷却系统；冷却系统包括连接在热像仪保护罩上的冷却气进口(31)、冷区气出口(32)。

4.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，成热像仪保护罩的外部设置有保温层(8)。

5.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，所述红外热像仪(1)与上位机连接，上位机连接热压罐的加热系统、预警系统。

6.根据权利要求5所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，在待测工件(6)表面布置有热电偶，热电偶获取的温度数据用于上位机对红外热像仪(1)进行校准。

7.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，所述红外玻璃(9)的耐温性能大于500℃，耐压性能大于5MPa，红外透过率大于90％。

8.根据权利要求1所述的用于热压罐的红外测温系统，其特征在于，所述红外热像仪(1)的测温范围0-500℃，精度为±0.5℃，安装镜头轴向视角不小于50°，轴向旋转角度不小于40°，径向视角不小于40°，径向旋转角度不小于15°。