TWI720855B - 用於量測爐內溫度的方法及系統 - Google Patents

Abstract

一種用於量測爐內溫度的方法及系統，該系統包括多個感測單元及一訊號處理單元；分析該等感測訊號從該等感測單元的發射器沿著傳遞路徑發送至對應的感測單元的接收器的傳遞時間，以推算出爐內溫度。

Description

用於量測爐內溫度的方法及系統

本發明係關於一種量測溫度的方法及系統，特別是關於一種用於量測爐內溫度的方法及系統。

在高爐操作中，一直以來皆透過爐頂測溫桿上熱電偶的讀值，瞭解爐內氣流的溫度分佈。然而，因爐內熱氣流的粉塵含量高，測溫桿的上的熱電偶常常會發生堵塞的現象，使得測溫的數值異常，這樣的情形除了影響操作人員判別爐況及調整佈料外，也造成每次定修停爐時的維護負擔。再加上在佈下爐料時，爐料容易撞擊到測溫桿，而使得料流軌跡被打散，造成測溫桿下方的料面外形出現凹陷的情況，導致爐內氣流分布不均，因而影響爐氣的熱利用率。

常見的測溫方法區分為接觸式與非接觸式兩種，高爐爐頂測溫所使用的熱電偶為接觸式，屬於侵入性、單點感測類型，而且容易受到惡劣的環境影響，導致感測器無法正常運作。另外，非接觸式測溫是利用紅外線等方式，其中，當爐溫較低時採用熱電偶測溫，一般當溫度超過一定溫度時熱電偶已無法使用；鎢錸熱電偶理論上測溫可達2000°C，但其高溫使用壽命有限，超過2000°C則無熱電偶可選用；因此高溫爐的測溫多使用紅外線測溫。生產中由於煙塵對紅外線會產生衰減，爐渣、氧化皮等覆蓋於被測物表面改變了紅外線輻射系數，另外揮發物的沈積和凝結會污染測溫透光孔的玻璃，造成測溫異常。因此，不論是採用熱電偶或紅外線測溫，對於高爐內部的溫度量測，仍具有敏感度不佳及準確性不足的情況。

因此，為克服現有技術中的缺點和不足，本發明有必要提供改良的一種用於量測爐內溫度的方法及系統，以解決上述習用技術所存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種用於量測爐內溫度的方法及系統，利用將六角格彼此相連地沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分來分析音波的傳遞時間，以推算出多個六角格的中心格點的溫度，而能夠有效提升高溫爐平面氣場的音波測溫分佈的精準度。

為達上述之目的，本發明提供一種用於量測爐內溫度的方法，該方法包含一備置步驟、一發送步驟、一接收步驟、一劃分步驟及一溫度重建步驟；在該備置步驟中，在一加熱爐內的一水平圓周面的周緣設置多個感測單元，其中每一感測單元具有一發射器及一接收器；在該發送步驟中，利用該等感測單元的發射器沿著多個傳遞路徑發送多個感測訊號；在該接收步驟中，利用該等感測單元的接收器接收對應的感測訊號；在該劃分步驟中，沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分多個相連的六角格，使該等六角格佈滿該水平圓周面，其中每一六角格具有一中心格點；在該溫度重建步驟中，分析該等感測訊號從該等發射器沿著該等傳遞路徑發送至對應的接收器的傳遞時間，以推算出每一六角格的中心格點的溫度。

在本發明之一實施例中，在該溫度重建步驟中，是比較該等感測單元的接收器接收對應的感測訊號與該等感測單元的發射器發送的多個感測訊號，以識別該等感測訊號的傳遞時間。

在本發明之一實施例中，在該溫度重建步驟中，透過該等傳遞路徑的均溫演算結果，利用均方根疊代演算法進行推算，進而獲得每一六角格的中心格點的一重建溫度。

在本發明之一實施例中，每一六角格的中心格點至一邊長的一距離為該水平圓周面的一直徑的3%至10%。

在本發明之一實施例中，每一六角格的中心格點至一邊長的一距離為該水平圓周面的一直徑的7%。

在本發明之一實施例中，該感測訊號為音波訊號。

在本發明之一實施例中，每一感測單元的二側劃分有二外緣六角格，該等外緣六角格位於被該等傳遞路徑穿過的該等六角格的外圍。

為達上述之目的，本發明提供一種用於量測爐內溫度的系統，該系統包括多個感測單元及一訊號處理單元；該等感測單元設置在一加熱爐內的一水平圓周面的周緣，其中每一感測單元具有一發射器及一接收器，該發射器配置用以沿著多個傳遞路徑發送多個感測訊號，該接收器配置用以接收對應的感測訊號；該訊號處理單元電性連接該等感測單元的接收器，而且該訊號處理單元配置用以分析該等感測訊號從該等發射器沿著該等傳遞路徑發送至對應的接收器的傳遞時間，以推算出多個六角格的中心格點的溫度，其中該等六角格是彼此相連地沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面。

在本發明之一實施例中，該感測訊號為音波訊號。

在本發明之一實施例中，該系統另包括一訊號產生器，電性連接該等感測單元的發射器。

如上所述，透過將該等六角格彼此相連地沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分來分析該等感測訊號的傳遞時間，以推算出多個六角格的中心格點的溫度，使得音波二維溫度量測不受限於待測場域或外形，能夠有效提升高溫爐平面氣場的音波測溫分佈的精準度；另外，相較於習知技術，在該加熱爐的各種偏移狀況下，使用該等六角格劃分的方式能夠測得較準確的最高溫數值，以及最高溫數值位移的演算較為靈敏。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照圖1及2所示，為本發明用於量測爐內溫度的系統的一較佳實施例，配置用以透過音波測溫法來量測一加熱爐(未繪示)內的氣體溫度，該系統包括多個感測單元2及一訊號處理單元3。本發明將於下文詳細說明各元件的細部構造、組裝關係及其運作原理。

續參照圖1及2所示，該等感測單元2設置在該加熱爐內的一水平圓周面101的周緣，其中每一感測單元2具有一發射器21及一接收器22，該發射器21配置用以沿著多個傳遞路徑102發送多個感測訊號，該接收器22配置用以接收對應的感測訊號。在本實施例中，該感測訊號為音波訊號。

續參照圖1及2所示，該訊號處理單元3電性連接該等感測單元2的接收器22，而且該訊號處理單元3配置用以分析該等感測訊號從該等發射器21沿著該等傳遞路徑102發送至對應的接收器22的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，其中該等六角格103是彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面101。

續參照圖1及2所示，該用於量測爐內溫度的系統另包括一訊號產生器4，該訊號產生器4電性連接該等感測單元2的發射器21，其中該訊號產生器4配置用以產生特定的訊號，並且將訊號傳送給該等發射器21，該等發射器21再根據該訊號發送相對應的音波訊號。

依據上述的結構，透過將該等六角格103彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面101，再分析該等感測訊號從該等發射器21沿著該等傳遞路徑102發送至對應的接收器22的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，其中該分析是利用音波在介質中，傳遞速度隨著溫度變化的物理特性，藉由固定距離下傳送時間的量測，反推介質溫度的方法，來計算所獲得的數值為音波於傳遞路徑上的平均溫度，也就是使用多組音波路徑，以特定的演算法，例如均方根疊代演算法，計算同一平面上的氣場溫度分佈，來進行平面氣場溫度分佈的重建。

如上所述，透過將該等六角格103彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分來分析該等感測訊號的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，使得音波二維溫度量測不受限於待測場域或外形，能夠有效提升高溫爐平面氣場的音波測溫分佈的精準度；另外，相較於習知技術，在該加熱爐的各種偏移狀況下，使用該等六角格103劃分的方式能夠測得較準確的最高溫數值，以及最高溫數值位移的演算較為靈敏。

請參照圖3並配合圖1及2所示，為本發明用於量測爐內溫度的方法的一較佳實施例，本發明用於量測爐內溫度的方法係用以操作上述的用於量測爐內溫度的系統，其中該用於量測爐內溫度的方法包括一備置步驟S201、一發送步驟S202、一接收步驟S203、一劃分步驟S204及一溫度重建步驟S205。本發明將於下文詳細說明各步驟的運作原理。

續參照圖3並配合圖1及2所示，在該備置步驟S201中，在一加熱爐(未繪示)內的一水平圓周面101的周緣設置多個感測單元2，其中每一感測單元2具有一發射器21及一接收器22。

續參照圖3並配合圖1及2所示，在該發送步驟S202中，利用該等感測單元2的發射器21沿著多個傳遞路徑102發送多個感測訊號。在本實施例中，該感測訊號為音波訊號，而且一訊號產生器4電性連接該等感測單元2的發射器21，其中該訊號產生器4配置用以產生特定的訊號，並且將訊號傳送給該等發射器21，該等發射器21再根據該訊號發送相對應的音波訊號。

續參照圖3並配合圖1及2所示，在該接收步驟S203中，利用該等感測單元2的接收器22接收對應的感測訊號，在本實施例中，一訊號處理單元3電性連接該等感測單元2的接收器22，該訊號處理單元3配置用以分析該等感測訊號從該等發射器21沿著該等傳遞路徑102發送至對應的接收器22的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，其中該等六角格103是彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面101。

續參照圖3並配合圖1及2所示，在該劃分步驟S204中，沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分多個相連的六角格103，使該等六角格103佈滿該水平圓周面101，其中每一六角格103具有一中心格點104；在本實施例中，每一六角格103的中心格點104至一邊長的一距離為該水平圓周面101的一直徑的3%至10%，較佳地，每一六角格103的中心格點104至一邊長的一距離為該水平圓周面101的一直徑的7%。另外，每一感測單元2的二側劃分有二外緣六角格106，該等外緣六角格106位於被該等傳遞路徑102穿過的該等六角格103的外圍。

續參照圖3並配合圖1及2所示，在該溫度重建步驟S205中，分析該等感測訊號從該等感測單元2的發射器21沿著該等傳遞路徑102發送至對應的接收器22的傳遞時間，以推算出每一六角格103的中心格點104的溫度。在本實施例中，是比較該等感測單元2的接收器22接收對應的感測訊號與該等感測單元2的發射器21發送的多個感測訊號，以識別該等感測訊號的傳遞時間。具體來說，透過該等傳遞路徑102的均溫演算結果，利用均方根疊代演算法進行推算，進而獲得每一六角格103的中心格點104的一重建溫度。

依據上述的設計，透過將該等六角格103彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面101，再分析該等感測訊號從該等發射器21沿著該等傳遞路徑102發送至對應的接收器22的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，其中該分析是利用音波在介質中，傳遞速度隨著溫度變化的物理特性，藉由固定距離下傳送時間的量測，反推介質溫度的方法，來計算所獲得的數值為音波於傳遞路徑上的平均溫度，也就是使用多組音波路徑，以特定的演算法，例如均方根疊代演算法，計算同一平面上的氣場溫度分佈，來進行平面氣場溫度分佈的重建。

如上所述，透過將該等六角格103彼此相連地沿著該水平圓周面101的一中心點105向外排列劃分來分析該等感測訊號的傳遞時間，以推算出多個六角格103的中心格點104的溫度，使得音波二維溫度量測不受限於待測場域或外形，能夠有效提升高溫爐平面氣場的音波測溫分佈的精準度；另外，相較於習知技術，在該加熱爐的各種偏移狀況下，使用該等六角格103劃分的方式能夠測得較準確的最高溫數值，以及最高溫數值位移的演算較為靈敏。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101:水平圓周面

102:傳遞路徑

103:六角格

104:中心格點

105:中心點

106:外緣六角格

2:感測單元

21:發射器

22:接收器

3:訊號處理單元

4:訊號產生器

S201:備置步驟

S202:發送步驟

S203:接收步驟

S204:劃分步驟

S205:溫度重建步驟

圖1是依據本發明用於量測爐內溫度的系統的一較佳實施例的一示意圖。 圖2是依據本發明用於量測爐內溫度的系統的一較佳實施例進行六角形分割的一示意圖。 圖3是依據本發明用於量測爐內溫度的方法的一較佳實施例的一流程圖。

2:感測單元

21:發射器

22:接收器

3:訊號處理單元

4:訊號產生器

Claims (8)

1. 一種用於量測爐內溫度的方法，該方法包括步驟：一備置步驟，在一加熱爐內的一水平圓周面的周緣設置多個感測單元，其中每一感測單元具有一發射器及一接收器；一發送步驟，利用該等感測單元的發射器沿著多個傳遞路徑發送多個感測訊號；一接收步驟，利用該等感測單元的接收器接收對應的感測訊號；一劃分步驟，沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分多個相連的六角格，使該等六角格佈滿該水平圓周面，其中每一六角格具有一中心格點；及一溫度重建步驟，比較該等感測單元的接收器接收對應的感測訊號與該等感測單元的發射器發送的多個感測訊號，以識別該等感測訊號從該等發射器沿著該等傳遞路徑發送至對應的接收器的傳遞時間，再透過該等傳遞路徑的均溫演算結果，利用均方根疊代演算法進行推算，進而獲得每一六角格的中心格點的一重建溫度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於量測爐內溫度的方法，其中每一六角格的中心格點至一邊長的一距離為該水平圓周面的一直徑的3%至10%。
3. 如申請專利範圍第2項所述之用於量測爐內溫度的方法，其中每一六角格的中心格點至一邊長的一距離為該水平圓周面的一直徑的7%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之用於量測爐內溫度的方法，其中該感測訊號為音波訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之用於量測爐內溫度的方法，其中每一感測單元的二側劃分有二外緣六角格，該等外緣六角格位於被該等傳遞路徑穿過的該等六角格的外圍。
6. 一種用於量測爐內溫度的系統，包括：多個感測單元，該等感測單元設置在一加熱爐內的一水平圓周面的周緣，其中每一感測單元具有一發射器及一接收器，該發射器配置用以沿著多個傳遞路徑發送多個感測訊號，該接收器配置用以接收對應的感測訊號；及一訊號處理單元，電性連接該等感測單元的接收器，而且該訊號處理單元配置用以比較該等感測單元的接收器接收對應的感測訊號與該等感測單元的發射器發送的多個感測訊號，以識別該等感測訊號從該等發射器沿著該等傳遞路徑發送至對應的接收器的傳遞時間，再透過該等傳遞路徑的均溫演算結果，利用均方根疊代演算法進行推算，進而獲得每一六角格的中心格點的一重建溫度，其中該等六角格是彼此相連地沿著該水平圓周面的一中心點向外排列劃分並且佈滿該水平圓周面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之用於量測爐內溫度的系統，其中該感測訊號為音波訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之用於量測爐內溫度的系統，其中該系統另包括一訊號產生器，電性連接該等感測單元的發射器。

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