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红外线测温仪在轧钢生产中的应用

2009/9/23    来源:e-works    特约撰稿人:岳临萍      
关键字:红外测温仪  红外探测器  温度变化百分比  辐射率变化百  
介绍了轧钢企业生产过程中的温度测量方式之一——红外测温仪的应用,从基本理论及具体应用对红外测温仪进行详细的说明,提出了在选型、应用等几方面的问题。

    1、前言

    在现代化轧钢生产过程中,为保证钢板的实物质量,对钢板进行控轧控冷,就要求一定的测温检测手段。红外测温仪精度高、可靠性强的特性可对钢板提供有效、准确、可靠的温度测量,从而提高产品质量,降低消耗,提高生产率。
 
    2、红外测温仪的构成
  
    红外测温仪又称为红外辐射测温仪,是通过测量物体的电磁辐射来确定被测物体的温度,该电磁辐射来源于物体内部所蕴含的能量。对于工业应用来说,我们所涉及到的是由可见光的较短波长延伸到红外光直至20μm的红外辐射。所以,红外测温仪(辐射测温仪)是一种将辐射能量量化,并用电信号输出来表达其所对应的温度的装置。
  
    红外测温仪一般可分为四部分:即,光学系统,红外探测器、信号处理部分、显示输出部分。见图1:


图1

    2.1 光学系统
     
    光学系统是红外测温仪的重要组成部分,主要作用为:辐射能量的会聚,取被测目标实施瞄准,决定测温仪的视场,同时对测温仪内部起一定的密封作用。
  
    2.2 红外探测器
     
    红外探测器是红外测温仪的核心部分。红外探测器通过物镜接受被测目标的辐射能量,并将辐射能量转变成电信号,通过后续处理最终得到被测物体的表面温度。
 
    2.3 信号处理
     
    红外探测器将红外辐射转换成电信号,送入信号处理部分,经前置放大器,A/D变换输入到微处理器,同时环境温度补偿信号也输入微处理器,经微处理器进行线性化处理,环境补偿、辐射率修正后得到校正后的输出信号。
 
    2.4 显示输出
    
    在实际应用中,处理器提供的温度信号通过两种方式使用:其一是通过显示器显示;另一种是将温度信号输送到工业控制系统来实现生产过程的控制,也有两种同时采用的。
    
    不同类型的测温仪可提供显示实时值、最大值、最小值、平均值、差值,还可显示辐射率设定值、报警设定值等,经软件处理还可以显示温度曲线、热图等。测温仪比较通用的是0-20mA或4-20mA电流输出,如果需电压信号,也可以将电流信号转换并标度。

    3、红外测温仪的选型
   
    在工业应用中,测温仪与被测目标之间经常存在一些介质,他们能减弱甚至完全遮挡被测目标表面能量的辐射,而测温仪只能测量它所“看”到的目标。我们常用的固定式测温仪主要有以下几类:

    ① 宽波段测温仪,或称宽带测温仪,它的光谱响应范围由光学系统来限定,主要用来测量低温、配有宽光谱响应范围的探测器。
    ② 选择波段测温仪,它的响应波长受滤光器的限定,探测器的响应波段可根据应用的需要而选择。
    ③ 短波测温仪,在辐射率变化时,能减少测量误差。这里所说的短波是相对的,可以是在1500K的温度时,0.6μm的波长,或是在300K的温度时,3μm的波长.
    ④ 比色测温仪,又称双色测温仪,在“很脏的大气”中使用时测量效果较好。
  
    在对测温仪的选型中,除了温度要求范围外,测温仪”温度变化百分比”、”辐射率变化百分比”这两个参数对于准确选择测温仪也十分重要:
  
    ① 测温仪温度变化百分比,是指物体由于温度变化所带来的输出值的变化。对于红外测温仪来讲,温度变化百分比越大,就意味着它的灵敏度越高。
    ② 辐射率变化百分比,是指当被测目标的辐射率变化时,所带来的仪器输出值的变化。由于轧钢过程中,钢板在一定波长及一定温度下,辐射率在一定内随机变化,由该辐射率的变化所带来的测温仪输出值的变化并非是目标的真实温度变化。因此,调整辐射率变化百分比也是十分有必要的。

    4、具体应用
   
    以济钢中厚板厂在粗轧机过程控轧控冷时的温度检测为例:在除鳞箱后、粗轧机前、粗轧机后的水幕冷却装置前后共设置四套LAND红外测温仪。除鳞箱提供了测量无鳞钢板温度的首次机会。在钢坯进入轧机前几乎所有的氧化铁皮等都被高压水喷雾冲走,为轧制过程提供了清洁的表面。探头开始测量钢板表面的真实温度,以确保这个温度在轧制限度之内,并设置轧制参数。
  
    遇到的主要问题是:⑴确定非接触式探头的合理位置,使得来自除鳞箱的喷雾和氧化物的存在的影响达到最小;⑵探头和轧机机座也要保持安全距离,以防止钢板在轧制过程中氧化物的喷溅对探头造成损害;⑶水和余鳞在钢坯表面能够形成较冷的区域,从而导致读数变化。
    
    辐射测温的原则是:测温仪只能测量它所“看”到的目标,有两种方法可解决气体对辐射的吸收,一种是用一个窥视管和空气吹扫器来提供一个无障碍的视觉路径;另一种是选择一个不被介质影响的操作波段。针对这些问题,我们选用了质量信誉高的LAND产品SYSTEM系统中M1/R1型短波探头--从而避免水汽吸收的影响;小目标尺寸和快速响应功能----将瞄准位于钢坯表面上的氧化铁皮和“黑水”中间的热目标,并使信号处理器使用峰值保持功能,确保温度测量在最大程度上的准确性和连续性,即使目标被部分的遮挡或完全离开视域,温度测量结果也同样会达到要求,这样系统输出就能追踪钢板的真实温度了;高水平的探头输出,弱化了电子干扰的影响,这一输出可以直接作为最终温度的显示;探头的位置应尽可能地接近轧机的入口,这样可避免来自冷却水喷雾和打开过程中的移动的干扰。

    5、应用效果
   
    三年来,济钢中厚板厂在轧钢过程中使用红外测温仪取得了明显的控制效果,真正成为轧钢工人的“眼睛”,有效地防止了轧制低温钢的操作,提高了钢板轧制质量。同时,该厂在生产过程中全线使用了精度高、稳定性强的红外测温仪系统,加强矫直、冷却、剪切等工序的温度控制,有效提高了钢板的成材率,具有明显的经济效益。

责任编辑:江琦
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