RU2238529C1 - Method of contactless measuring of surface temperature - Google Patents
Method of contactless measuring of surface temperature Download PDFInfo
- Publication number
- RU2238529C1 RU2238529C1 RU2003111865A RU2003111865A RU2238529C1 RU 2238529 C1 RU2238529 C1 RU 2238529C1 RU 2003111865 A RU2003111865 A RU 2003111865A RU 2003111865 A RU2003111865 A RU 2003111865A RU 2238529 C1 RU2238529 C1 RU 2238529C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- measuring
- image
- values
- video
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерению температуры в области металлургии и обработки металлов давлением и может быть использовано на металлургических и машиностроительных заводах, имеющих плавильные, термические цехи, цехи по горячей обработке металлов давлением.The invention relates to measuring temperature in the field of metallurgy and metal forming and can be used in metallurgical and engineering plants having melting, thermal shops, workshops for hot metal forming.
Во многих процессах металлургического производства, в особенности литейного, прокатного и кузнечного, требуется контроль температуры поверхностей обрабатываемого металла, оборудования, технологической оснастки.In many processes of metallurgical production, in particular foundry, rolling and blacksmithing, it is necessary to control the temperature of the surfaces of the metal being processed, equipment, and technological equipment.
Известен способ измерения температуры поверхности с помощью зачеканенных термопар, предполагающий установку спаев термопар на объекте и регистрацию созданной ими термо-ЭДС (Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. - М.: Энергия, 1978. С.86-186). Однако применение термопар в производственных условиях затруднительно из-за необходимости предварительной установки их и большого количества проводов для подключения к измерительному прибору, неприемлемо при длительном нагреве металла в печи до высокой температуры (1000°С и выше) из-за опасности разрушения зачеканенных термопар.There is a method of measuring surface temperature using imprinted thermocouples, which involves installing thermocouple junctions on the object and registering the thermo-emf created by them (Preobrazhensky VP Thermotechnical measurements and instruments. - M .: Energy, 1978. P.86-186). However, the use of thermocouples in production conditions is difficult due to the need to pre-install them and a large number of wires to connect to the measuring device, it is unacceptable for prolonged heating of the metal in the furnace to a high temperature (1000 ° C and above) because of the risk of destruction of minted thermocouples.
Известен способ измерения температуры поверхности контактными термопарами-зондами (Измерительные приборы в промышленности. Каталог-справочник. - Санкт-Петербург: Издательство “Крисмас+” 2000, №7, С.4-5), который заключается в прикладывании зонда на рукоятке к исследуемой поверхности. Однако применение таких зондов в условиях высокой температуры рабочей зоны, например в печах или при разливке стали, затруднительно. Кроме того, точность измерения резко снижается при неровной поверхности объекта или наличии на ней окалины, остатков формовочной смеси, огнеупоров.A known method of measuring surface temperature by contact thermocouples probes (Measuring instruments in industry. Directory-guide. - St. Petersburg: Publishing house “Krismas +” 2000, No. 7, C.4-5), which consists in applying the probe on the handle to the studied surface. However, the use of such probes in conditions of high temperature of the working area, for example in furnaces or during casting of steel, is difficult. In addition, the measurement accuracy decreases sharply with an uneven surface of the object or the presence of scale on it, remnants of the molding sand, refractories.
Известные способы измерения температуры поверхности оптическими и инфракрасными пирометрами (Гордон А.Н. Основы пирометрии. 2-е изд. доп. и перераб. - М.: Металлургия, 1971. 447 c.), в том числе цифровыми и микропроцессорными (Измерительные приборы в промышленности. Каталог-справочник. - Санкт-Петербург: Издательство “Крисмас+” 2000, №7, с.6), позволяют бесконтактно производить замеры путем наведения чувствительного элемента на объект и регистрации его теплового излучения. Однако невозможно произвести измерение температуры одновременно по всей исследуемой поверхности, т.к. количество чувствительных элементов у подобных приборов ограничено, а средства для быстрого сканирования всего объекта отсутствуют.Known methods for measuring surface temperature with optical and infrared pyrometers (Gordon A.N. Fundamentals of pyrometry. 2nd ed. Ext. And revised. - M .: Metallurgy, 1971. 447 c.), Including digital and microprocessor (Measuring instruments in industry. Directory-directory. - St. Petersburg: Publishing House “Krismas +” 2000, No. 7, p.6), allow to make non-contact measurements by pointing the sensitive element at the object and registering its thermal radiation. However, it is impossible to measure the temperature simultaneously over the entire investigated surface, because the number of sensitive elements in such devices is limited, and there are no means for quick scanning of the entire object.
Известен способ измерения температуры сканирующими тепловизорами (типа ИРТИС-200). Этот способ позволяет получить полную картину распределения температуры, однако большое время формирования кадра, около 2 с, не позволяет исследовать современные скоростные процессы, например прокатку.A known method of measuring temperature by scanning thermal imagers (type IRTIS-200). This method allows you to get a complete picture of the temperature distribution, however, the large formation time of the frame, about 2 s, does not allow to study modern high-speed processes, such as rolling.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения температуры поверхности с помощью тепловизоров с матричным чувствительным элементом. При этом чувствительный элемент наводится на объект и производится считывание тепловой картины с экрана прибора (Измерительные приборы в промышленности. Каталог-справочник. - Санкт-Петербург: Издательство “Крисмас+” 2000, №7, с.7). Однако тепловизионные комплексы имеют очень высокую стоимость, и их применение часто бывает экономически не оправдано. Приемный блок тепловизоров обычно имеет большие габариты - около 200×200×100 мм и массу порядка 2 кг или требует постоянного подключения к какому-либо внешнему устройству, что затрудняет быстрое перемещение к другому объекту; число элементов в кадре у тепловизоров (обычно 256×256) невелико, а это важно при исследовании небольших по размерам или удаленных объектов; необходимость охлаждения чувствительного элемента до низких температур при использовании некоторых моделей тепловизоров создает дополнительные сложности.Closest to the technical nature of the present invention is a method of measuring surface temperature using infrared imagers with a matrix sensor element. In this case, the sensing element is pointed at the object and the thermal picture is read from the device screen (Measuring instruments in industry. Directory-guide. - St. Petersburg: Publishing House “Krismas +” 2000, No. 7, p.7). However, thermal imaging systems have a very high cost, and their use is often not economically justified. The receiving unit of thermal imagers usually has large dimensions - about 200 × 200 × 100 mm and a mass of about 2 kg or requires constant connection to some external device, which makes it difficult to quickly move to another object; the number of elements in the frame for thermal imagers (usually 256 × 256) is small, and this is important when examining small or distant objects; the need to cool the sensor to low temperatures when using some models of thermal imagers creates additional difficulties.
Таким образом, ни один из известных способов измерения температуры поверхности нагретых тел не позволяет непрерывно и одновременно по всей поверхности произвести замеры температуры с минимальными затратами средств, например, при исследовании в производственных условиях современных скоростных методов обработки металлов давлением или температурных полей изложниц при разливке стали.Thus, none of the known methods for measuring the surface temperature of heated bodies makes it possible to continuously and simultaneously across the entire surface take temperature measurements with minimal cost, for example, when researching in production conditions modern high-speed methods of metal forming or temperature fields of molds during steel casting.
Результатом изобретения является обеспечение бесконтактного измерения температуры нагретых тел непрерывно и одновременно по всей исследуемой поверхности с высокой разрешающей способностью, малого времени измерения, малых габаритов и массы измерительного прибора, хранения большого количества термоизображений, получения термовидеофильмов, а также снижение трудоемкости и стоимости измерений. Поставленная задача решается тем, что производят съемку объекта в инфракрасном и/или видимом диапазонах спектра излучения, цветное изображение объекта разлагают на три цветовые компоненты - красную, зеленую и синюю, затем преобразуют каждую компоненту в цифровую форму, после чего цифровые значения компонент сопоставляют с эталонными их значениями по температуре в градусах в каждом элементе изображения и определяют температуру на поверхности объекта по двум ближайшим эталонным значениям.The result of the invention is the provision of non-contact measurement of the temperature of heated bodies continuously and simultaneously over the entire investigated surface with high resolution, small measurement time, small dimensions and mass of the measuring device, storing a large number of thermal images, obtaining thermal video films, as well as reducing the complexity and cost of measurements. The problem is solved by shooting the object in the infrared and / or visible ranges of the radiation spectrum, the color image of the object is divided into three color components - red, green and blue, then each component is converted into digital form, after which the digital values of the components are compared with the reference their values in temperature in degrees in each image element and determine the temperature on the surface of the object by the two closest reference values.
Заявленный способ измерения температуры поверхности нагретых тел заключается в том, что производят съемку исследуемой поверхности с помощью портативной фото- или видеокамеры, которые имеют малые массу и габариты и невысокую стоимость. Видеокамеры позволяют производить съемку как в видимом, так и в инфракрасном диапазонах излучения, что делает их пригодными для исследования температуры поверхности нагретого объекта в диапазоне от 400 до 1600°С. При использовании видеокамеры достигается число элементов в кадре до 576×720, а фотокамеры - 1200×1600 и выше, что позволяет измерять температуру небольших по размерам или удаленных объектов. Видеокамера позволяет производить съемку с частотой до 25 кадров в секунду, что позволяет исследовать быстропротекающие процессы. Съемку ведут с записью текущего времени для временной привязки отснятых кадров. Экспозицию выбирают исходя из яркости излучения исследуемого объекта так, чтобы объект был четко различимым. При температуре поверхности выше 700-800°С ослабляют красную и инфракрасную области спектра с помощью синего светофильтра или уменьшают весь световой поток с помощью нейтрального светофильтра для получения качественного изображения. Далее производят цифровую обработку полученного видеоматериала. При использовании камеры только с аналоговым выходом предварительно преобразуют его в цифровую форму с помощью видеоадаптера со стандартным видеовходом или TV-тюнера с разложением цветного изображения на три цветовые компоненты - красную, зеленую и синюю. Использование трех компонент вместо суммарной яркости, как в большинстве промышленных тепловизионных способов, позволяет исследовать излучение по его спектральному составу, который в отличие от яркости для серых тел зависит только от температуры и не зависит от излучательной способности поверхности тела. Это при наличии свечения объекта в видимом диапазоне (выше 550°С) позволяет измерять цветовую температуру вместо яркостной, что повышает точность измерения.The claimed method of measuring the surface temperature of heated bodies is that they make the survey of the investigated surface using a portable photo or video camera, which have a small mass and dimensions and low cost. Video cameras allow shooting both in the visible and infrared ranges of radiation, which makes them suitable for studying the surface temperature of a heated object in the range from 400 to 1600 ° C. When using a video camera, the number of elements in the frame is reached up to 576 × 720, and the camera is 1200 × 1600 and higher, which allows you to measure the temperature of small or distant objects. The video camera allows you to shoot with a frequency of up to 25 frames per second, which allows you to explore fast-moving processes. Shooting is carried out with a record of the current time for temporal reference of the captured frames. The exposure is selected based on the brightness of the radiation of the investigated object so that the object is clearly distinguishable. At surface temperatures above 700-800 ° C, the red and infrared spectral regions are attenuated with a blue filter or the total luminous flux is reduced with a neutral filter to obtain a high-quality image. Next, digitally process the resulting video material. When using a camera with only an analog output, it is preliminarily converted to digital form using a video adapter with a standard video input or a TV tuner with a color image decomposed into three color components - red, green and blue. The use of three components instead of the total brightness, as in most industrial thermal imaging methods, allows one to study radiation by its spectral composition, which, in contrast to brightness for gray bodies, depends only on temperature and does not depend on the emissivity of the body surface. In the presence of the object’s luminescence in the visible range (above 550 ° C), this allows one to measure the color temperature instead of the brightness temperature, which increases the measurement accuracy.
Полученные цифровые значения компонент сопоставляют с эталонными их значениями по температуре в градусах в каждом элементе изображения и определяют температуру на поверхности объекта по ближайшим эталонным значениям. Значения температуры используют для построения термограмм и/или термовидеофильма. Компьютерная обработка изображения позволяет получить достаточную для большинства задач металлургии точность измерения: погрешность при 400°С составляет менее 10°С, при 1200°С - 15°С, т.е. около 2%. Этого достаточно для получения картины распределения температур, например, на поверхности изложницы при затвердевании слитка или поверхности заготовки при горячей обработке металлов давлением.The obtained digital values of the components are compared with their reference values in temperature in degrees in each image element and the temperature on the surface of the object is determined by the closest reference values. The temperature values are used to build thermograms and / or a thermal video film. Computer processing of the image makes it possible to obtain a measurement accuracy sufficient for most metallurgy problems: the error at 400 ° C is less than 10 ° C, at 1200 ° C - 15 ° C, i.e. about 2%. This is sufficient to obtain a picture of the temperature distribution, for example, on the surface of the mold during solidification of the ingot or the surface of the workpiece during hot metal forming.
Эталонные значения получают путем последовательных замеров цветовых компонент изображения с помощью видеосъемки образцов, равномерно нагретых в печи до различных температур - от 400 до 1200-1600°С с шагом 50°С. Измерение температуры проводят с помощью термопар, зачеканенных в образцы на глубину 1-2 мм. Режимы видеосъемки (экспозицию, светофильтр) выбирают такие же, что и при измерениях. Полученные значения цветовых компонент (измеренные видеокамерой) и температуры (измеренные термопарой) принимают за эталонные.Reference values are obtained by successive measurements of the color components of the image by video recording of samples uniformly heated in an oven to various temperatures - from 400 to 1200-1600 ° C in increments of 50 ° C. Temperature measurement is carried out using thermocouples hammered into samples to a depth of 1-2 mm. Video shooting modes (exposure, filter) are chosen the same as for measurements. The obtained values of color components (measured by a video camera) and temperature (measured by a thermocouple) are taken as reference.
Пример 1. Измерение температуры на поверхности изложниц на протяжении процесса кристаллизации и охлаждения металла в условиях сталеплавильного цеха.Example 1. The temperature measurement on the surface of the molds during the crystallization and cooling of the metal in a steel mill.
Точки видеосъемки выбирали так, чтобы исследуемые зоны изложниц были хорошо различимы. Какой-либо специальной подготовки изложниц не проводили. Видеосъемку осуществляли камерой Sony HandyCam TR-515 сначала только в инфракрасном режиме (переключатель Nightsurf включен), а после прогрева изложниц до 650°С - и в видимом. Для получения качественного изображения объекта при температуре выше 600°С применяли 4х нейтральный светофильтр, так как яркость свечения изложниц слишком велика. Съемку изложниц высотой 1100 и диаметром 400 мм вели с расстояния 2-10 м. Изображение записывали на стандартную 8 мм видеокассету при включенном счетчике времени. Затем отснятое изображение преобразовали в цифровую форму с помощью видеоадаптера Asus 3DP V3000 и сохранили на жестком диске компьютера в виде графических файлов. Далее последовательно читали из файлов значения цветовых компонент каждой точки и по заранее определенным эталонным значениям вычисляли значения температуры в градусах Цельсия. По этим значениям построили термограммы и термовидеофильм, отражающие динамику изменения теплового состояния изложниц. Эталонные значения получили путем одновременной видеосъемки и измерения температуры зачеканенной термопарой нагреваемого в печи стального образца до 800°С.Video points were chosen so that the studied areas of the molds were clearly distinguishable. No special preparation of the molds was carried out. Video shooting was carried out with a Sony HandyCam TR-515 camera, first only in infrared mode (the Nightsurf switch is on), and after heating the molds to 650 ° C, it is visible. To obtain a high-quality image of an object at a temperature above 600 ° C, a 4x neutral filter was used, since the brightness of the molds is too high. Molds were shot at a height of 1100 and a diameter of 400 mm from a distance of 2-10 m. The image was recorded on a standard 8 mm video cassette with the time counter turned on. Then, the captured image was converted into digital form using an Asus 3DP V3000 video adapter and saved on the computer's hard drive as graphic files. Next, the values of the color components of each point were sequentially read from the files, and the temperature values in degrees Celsius were calculated from predefined reference values. Using these values, thermograms and a thermal video film were constructed that reflect the dynamics of the change in the thermal state of the molds. Reference values were obtained by simultaneously filming and measuring the temperature of a minted thermocouple of a steel sample heated in a furnace up to 800 ° C.
Таким образом, заявленный способ измерения температуры поверхности нагретых тел позволяет достичь цели изобретения, а именно: обеспечить бесконтактное измерение температуры нагретых тел непрерывно и одновременно по всей исследуемой поверхности с высокой разрешающей способностью, малое время измерения, малые габариты и массу измерительного прибора, хранение большого количества термоизображений, получение термовидеофильмов, а также снижение трудоемкости и стоимости измерений.Thus, the claimed method for measuring the surface temperature of heated bodies allows to achieve the purpose of the invention, namely: to provide non-contact measurement of the temperature of heated bodies continuously and simultaneously over the entire investigated surface with high resolution, small measurement time, small dimensions and weight of the measuring device, storage of large quantities thermal images, obtaining thermal video films, as well as reducing the complexity and cost of measurements.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111865A RU2238529C1 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Method of contactless measuring of surface temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003111865A RU2238529C1 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Method of contactless measuring of surface temperature |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2238529C1 true RU2238529C1 (en) | 2004-10-20 |
| RU2003111865A RU2003111865A (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33537915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003111865A RU2238529C1 (en) | 2003-04-24 | 2003-04-24 | Method of contactless measuring of surface temperature |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2238529C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466364C2 (en) * | 2007-03-13 | 2012-11-10 | Томас МЕРКЛЯЙН | Method of detecting radiation intensity of gaseous mixture of reaction products using photographic camera, use of said method and apparatus for realising said method |
| RU2607225C2 (en) * | 2015-04-23 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Method of measuring temperature fields on surface of investigated object using luminescent temperature converters (ltc) |
| RU2646426C1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-03-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of the aircraft heated surface temperature determining under the supersonic flow by approach flow |
-
2003
- 2003-04-24 RU RU2003111865A patent/RU2238529C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2466364C2 (en) * | 2007-03-13 | 2012-11-10 | Томас МЕРКЛЯЙН | Method of detecting radiation intensity of gaseous mixture of reaction products using photographic camera, use of said method and apparatus for realising said method |
| RU2607225C2 (en) * | 2015-04-23 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) | Method of measuring temperature fields on surface of investigated object using luminescent temperature converters (ltc) |
| RU2646426C1 (en) * | 2017-01-11 | 2018-03-05 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of the aircraft heated surface temperature determining under the supersonic flow by approach flow |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chung et al. | A noncontact measurement technique for the density and thermal expansion coefficient of solid and liquid materials | |
| US4687344A (en) | Imaging pyrometer | |
| Chakraborty et al. | Process-integrated steel ladle monitoring, based on infrared imaging–a robust approach to avoid ladle breakout | |
| CN111337132B (en) | Temperature measuring method and device and digital image acquisition equipment | |
| Monier et al. | Liquid metals surface temperature fields measurements with a two-colour pyrometer | |
| GB2249626A (en) | Temperature measuring system using image processing of the colour emissions | |
| EP4091134A1 (en) | System and method for determination of a 3d information and of a modification of a metallurgical vessel | |
| US5100111A (en) | Device for the detection of the temperature course of a metal or metal alloy melt using measurement techniques | |
| JP2018179814A (en) | Information processing device, temperature measurement system, control method for information processing device, and control program | |
| RU2238529C1 (en) | Method of contactless measuring of surface temperature | |
| Sugiura et al. | Simultaneous measurements of temperature and iron–slag ratio at taphole of blast furnace | |
| Sugiura et al. | Continuous temperature measurement of liquid iron and slag tapped from a blast furnace | |
| Peacock | Thermal imaging of liquid steel and slag in a pouring stream | |
| JP4378003B2 (en) | Imaging system | |
| Bassler et al. | Ultrahigh speed imaging system for the measurement of solidification velocity via direct observation of rapid solidification | |
| Budzier et al. | Fast microbolometer-based infrared camera system | |
| Kienitz | Thermal imaging as a modern form of pyrometry | |
| RU2811810C1 (en) | System and method for determining three-dimensional information about metallurgical vessel and its modification | |
| Qian et al. | Optimized model for monitoring temperature zones of 3D printing using RGB methods | |
| Kazachkov et al. | Determining the thermal state of the surface of continuous-cast billet using charge-coupled devices | |
| Chen et al. | Novel applications of thermal imaging in the steel industry | |
| Huang et al. | Effect of oxide scale on strand surface temperature field determined by infrared thermography | |
| Kwiatkowski et al. | Temperature measurement in the rotary forming process of a nickel superalloys (INCONEL) sheet during induction heating | |
| Starchenko | Contact-remote method for monitoring the temperature of a melt | |
| Holmsten et al. | High-resolution thermal scanning for hot-strip mills |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100425 |