專利名稱：復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種長期測溫系統(tǒng)，具體指在復(fù)雜環(huán)境下高溫固體表面溫度的 長期準確測量系統(tǒng)。本測溫系統(tǒng)主要應(yīng)用于金屬連鑄二次冷卻過程鑄坯表面溫 度在線測量、加熱爐在線測溫、金屬軋制過程在線測溫等連續(xù)性生產(chǎn)系統(tǒng)，對 實現(xiàn)在粉塵、油污、水氣等復(fù)雜環(huán)境下長期在線、連續(xù)、準確的溫度測量，提 高生產(chǎn)工藝控制和產(chǎn)品的質(zhì)量具有重要意義。
背景技術(shù)：
近年來，我國冶金工業(yè)的發(fā)展十分迅速，其中，鋼鐵制品產(chǎn)量己連續(xù)十 幾年居世界第一位。為了能夠更進一歩的提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對生產(chǎn)過程參數(shù) 的控制顯得尤為重要。溫度是冶金過程中一個基本的物理量，也是應(yīng)用最普 遍、最重要的工藝參數(shù)。然而，冶金過程中溫度的長期準確測量并非易事， 即使有了準確度很高的溫度計，如果測量方法選擇不當，或者測量環(huán)境不能 滿足要求，很難達到預(yù)期的結(jié)果。
在鋼、鋁等黑色和有色金屬的連續(xù)鑄錠、加熱、軋制等生產(chǎn)中，由于其 生產(chǎn)過程具有高溫、連續(xù)、運動的特性，使得傳統(tǒng)的接觸式溫度測量儀表諸 如熱電偶、熱電阻等很難實現(xiàn)溫度測量，而非接觸式輻射測溫儀表可以解決 對運動目標的測溫。目前，對運動目標的溫度測量方法大都采用基于光電效
應(yīng)和熱輻射相關(guān)原理的非接觸式測溫，如紅外三色輻射測溫儀、AGA780熱像 儀、CIT-M型紅外測溫線性化傳感器、HWSG-II紅外雙色測溫儀、分叉式光纖 比色智能化測溫儀、SW-1型比色高溫測溫儀、紅外熱相儀、HWG-1輻射測溫 議、線陣CCD測溫儀、LAND紅外測溫儀等，但這些非接觸式測溫儀均對測溫 環(huán)境有較高的要求，既要能"看"得見被測物體，又要測溫儀自身探頭在嚴由于冶金生產(chǎn)的連續(xù)性和環(huán)境的復(fù)雜性，上述兩個條件都不能得到很好 的滿足， 一是因為通常在測溫探頭和被測物體之間存在吸收介質(zhì)(如加熱爐 中的煙霧、灰塵，軋制和連續(xù)鑄錠過程中的C02、水霧介質(zhì)、油污等)，將影 響測量結(jié)果，使讀數(shù)偏低，且難修正。為避免煙霧、灰塵、水霧介質(zhì)等對輻 射波長的影響，通常的做法是采用高速氣流吹掃光路的方法減弱煙霧、灰塵、 水霧介質(zhì)對輻射波長的吸收，也滿足被測物體能夠被測溫儀"看"得見，并 且考慮光路的要求，氣流是垂直噴向被測表面的，這樣吹掃不是普通的對流 換熱，而是強制的換熱——噴流換熱，這使鑄坯測試點的溫度產(chǎn)生較大幅度 的降低，大大增加溫度測量的誤差。有的采用吹掃光路和人工智能相結(jié)合的 方法，通過修正系數(shù)而得到被測表面的溫度。通常光路吹掃后，在光路上仍 然會有少量煙霧、灰塵、水霧介質(zhì)，這時采用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的方法修 正測溫誤差。由于受到樣本數(shù)量的限制和人工智能學(xué)習(xí)本身的缺陷，這種方 法在實際生產(chǎn)中很難有廣泛的實用價值。有的采用三色輻射溫度計非接觸式 測溫，這種方法不需知道被測固體表面的發(fā)射率，通過避開選擇性氣體的吸 收峰對紅外波長的電磁波能量的吸收來提高測溫的準確度，由于這種儀表的 穩(wěn)定性受限于濾光片、探測器的光譜穩(wěn)定性和波長(波長段)選擇的局限， 同時結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴，目前在工業(yè)上還沒有得到廣泛的應(yīng)用。
目前在冶金生產(chǎn)過程中對溫度的測量的研究基本都側(cè)重于測溫方法和設(shè) 備的選擇以及如何矯正溫度測量的誤差等，而如何滿足測溫儀在生產(chǎn)現(xiàn)場能 夠長期在線、連續(xù)的工作，并對穩(wěn)定測溫的誤差不產(chǎn)生太大的影響的研究工 作基本沒有涉及。由于冶金生產(chǎn)過程大多伴隨著高溫、高濕、高粉塵的特點， 很容易引起測溫儀不正常的工作，從而使得測溫設(shè)備經(jīng)常損壞而帶來高昂的
設(shè)備維修費用；另一個方面，由于高濕和高粉塵的環(huán)境，使得測溫探頭極易 受到污染，由于測溫探頭的污染所帶來的溫度測量誤差遠比中間介質(zhì)對溫度 測量的誤差 所帶來的誤差要高。同時，測溫設(shè)備在現(xiàn)場工作過程中，為了減 少測量距離對測溫結(jié)果的影響，在溫度測量的過程中需要考慮距離系數(shù)，而隨著測溫距離的縮短，測溫儀器的測溫環(huán)境更加惡劣，由于在惡劣的環(huán)境中
工作，其探頭極易被污染，如在連鑄過程中在線測溫，測溫距離為300mm，探 頭或探頭前的防塵玻璃在5-10分鐘內(nèi)就被污染而使測量溫度讀數(shù)顯著失真， 即使在采取一定的清洗措施，仍然很難解決這個問題，這使得在復(fù)雜環(huán)境下 如何為測溫儀提供一個干凈的外部環(huán)境成為一個最大的限制環(huán)節(jié)之一。
綜上所述，復(fù)雜環(huán)境下的運動高溫固體表面溫度的測量在工程上是一個 難題，非接觸式測溫儀均對測溫環(huán)境有較高的要求，既要能"看"得見被測 物體，又要測溫儀自身探頭在嚴格的環(huán)境下工作。既要解決被測物體與測溫 探頭之間的吸收介質(zhì)對輻射測溫的影響，又要防止因測溫環(huán)境的惡劣使得測 溫探頭被污染而造成溫度測量的更大的誤差，因此，如何解決和保證測溫探 頭良好的工作環(huán)境和不被污染，是在復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面溫度長時間穩(wěn) 定、準確、連續(xù)進行溫度測量的基礎(chǔ)，也是本領(lǐng)域技術(shù)人員殛待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種在復(fù)雜環(huán)境下能 夠長期、穩(wěn)定的工作，并能夠連續(xù)、準確地獲得被測物溫度的高溫固體表面 測溫系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系 統(tǒng)，包括非接觸式測溫儀，其特征在于它還包括恒溫箱、隔塵套筒和旋流發(fā)
生器，恒溫箱內(nèi)部空腔通過隔板分割為前后兩部分，所述非接觸式測溫儀設(shè) 于恒溫箱后部空腔內(nèi)，隔塵套筒位于恒溫箱前部空腔內(nèi)，隔塵套筒后端安裝 在隔板上，隔塵套筒前端設(shè)有透鏡，隔塵套筒內(nèi)部空腔與恒溫箱后部空腔連 通形成全封閉結(jié)構(gòu)，非接觸式測溫儀的探頭通過隔塵套筒中心孔和透鏡與測 溫表面對視，在隔塵套筒前端設(shè)有旋流發(fā)生器，旋流方向正對測溫表面，恒 溫箱壁上設(shè)有旋流介質(zhì)入口 ，該入口與恒溫箱前部空腔相通。
在旋流發(fā)生器前端設(shè)有窺視管，窺視管對準被測物體。窺視管一方面將 非測溫表面(其余部分)的熱輻射隔離，以消除對測溫表面熱輻射的影響，從而使測溫更準確。另一方面使旋流氣體只在窺視管內(nèi)部產(chǎn)生，進一步提高 了旋流氣體帶來的功效。
在旋流介質(zhì)入口前端設(shè)有干燥凈化裝置，旋流介質(zhì)在進入恒溫箱前首先 進行干燥和凈化。
所述恒溫箱為雙層結(jié)構(gòu)，在中間形成空心夾層，在恒溫箱外層外壁上設(shè) 有與空心夾層相通的冷卻介質(zhì)入口和冷卻介質(zhì)出口，在恒溫箱內(nèi)層中設(shè)有電 子溫度計，電子溫度計通過電纜與遠程控制器連接，遠程控制器根據(jù)電子溫 度計的信息自動調(diào)整流量閥的開度以改變冷卻介質(zhì)的流量。
相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的最大優(yōu)點在于能夠在復(fù)雜環(huán)境(高溫、高濕、高 粉塵等)下長期、穩(wěn)定、連續(xù)、準確的進行溫度測量。具體體現(xiàn)在以下幾點
(1) 在溫度測試過程中，通過輸送管將干燥、干凈的旋流介質(zhì)輸入旋流發(fā) 生器，在窺視管內(nèi)產(chǎn)生特殊流動的旋流氣體，保證在隔塵套筒前產(chǎn)生一定的 正壓，使得外界的污染物不能接近隔塵套筒和透鏡，大大減少了隔塵套筒和 透鏡的清潔次數(shù)；同時，產(chǎn)生的旋流氣體能吹開一條光路，使得被測物表面 的熱射線不被參與性介質(zhì)(濃煙、水霧介質(zhì)、濃塵等)吸收而能直接傳入非 接觸式測溫探頭，從而準確的獲得被測物體表面的溫度。
(2) 在測溫儀前裝有窺視管，這有效的防止了其余部分的熱輻射對測溫儀
溫度的修正所帶來的困難。如在對加熱爐進行溫度測量時，壁面的熱輻射對 測溫結(jié)果的影響。同時，窺視管使旋流氣體只在特定方向和空間產(chǎn)生，便于 旋流氣體的控制，進一步提高了旋流氣體帶來的功效。
(3) 恒溫箱使測溫儀保持在恒溫、恒定濕度的工作環(huán)境下，避免了測溫儀
自身處于高溫環(huán)境下對測溫造成的不利影響，這對于非接觸式的測溫儀在高 溫環(huán)境下的穩(wěn)定工作具有重要意義。
(4) 旋流介質(zhì)可以根據(jù)不同的應(yīng)用場合進行選擇，如能通空氣時盡量通空 氣，不能通空氣時，可以為惰性氣體，使得本系統(tǒng)能夠在較廣泛的復(fù)雜測溫領(lǐng) 域獲得應(yīng)用。


圖l-本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖1，從圖上可以看出，本發(fā)明的復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確
測溫系統(tǒng)，包括非接觸式測溫儀5、恒溫箱IO、隔塵套筒7、旋流發(fā)生器9和 窺視管8，恒溫箱10內(nèi)部空腔通過隔板分割為前后兩部分，所述非接觸式測 溫儀5設(shè)于恒溫箱后部空腔內(nèi)，隔塵套筒7位于恒溫箱前部空腔內(nèi)。
隔塵套筒7前端裝有具有防塵功能和對光的透鏡，隔板上設(shè)有通孔，隔 塵套筒后端開口并安裝在隔板上，隔塵套筒內(nèi)部空腔與恒溫箱后部空腔連通 形成全封閉結(jié)構(gòu)。隔塵套筒后端既可以通過隔板上的通孔伸入恒溫箱后部空 腔內(nèi)，也可以只安裝在隔板上使隔板上的通孔與套筒中心孔正對。旋流發(fā)生 器9設(shè)于隔塵套筒7前端，旋流方向正對測溫表面，隔塵套筒7前端位于旋 流發(fā)生器9中心。恒溫箱IO壁上設(shè)有旋流介質(zhì)入口 3，該入口與恒溫箱前部 空腔相通。為了不使旋流介質(zhì)通過恒溫箱后部空腔，旋流介質(zhì)入口 3通過穿 過恒溫箱后部空腔和隔板的導(dǎo)管與恒溫箱前部空腔連通。在旋流介質(zhì)入口 3 前端設(shè)有干燥凈化裝置4，旋流介質(zhì)在進入恒溫箱前首先進行干燥和凈化。
窺視管8設(shè)于旋流發(fā)生器9前端，窺視管8對準被測物體。窺視管8 — 方面將非測溫表面(其余部分)的熱輻射隔離，以消除對測溫表面熱輻射的 影響，從而使測溫更準確。另一方面使旋流氣體只在窺視管內(nèi)部產(chǎn)生，進一 步提高了旋流氣體帶來的功效。非接觸式測溫儀的探頭通過隔塵套筒中心孔、 透鏡和窺視管與測溫表面對視。探頭既可以伸入隔塵套筒中，也可以位于隔 塵套筒外。
所述恒溫箱10為雙層結(jié)構(gòu)，在中間形成空心夾層，在恒溫箱外層外壁上 設(shè)有與空心夾層相通的冷卻介質(zhì)入口 1和冷卻介質(zhì)出口 6，在恒溫箱10內(nèi)層 中設(shè)有電子溫度計2，電子溫度計通過電纜與遠程控制器連接，其測得的恒溫 箱的溫度信號通過電纜傳送至遠程控制器，當恒溫箱內(nèi)溫度高于或者低于設(shè)定值，遠程控制器自動控制流量閥開度大小以調(diào)整冷卻介質(zhì)的流量，達到恒 溫箱溫度恒定的目的，保證測溫探頭的穩(wěn)定工作。
本發(fā)明所指恒溫箱前后空腔和隔塵套筒前后端的說明靠近測溫物體為 前，遠離測溫物體為后。
在現(xiàn)場測溫時，將窺視管對準被測物體，被測物體表面的熱射線依次通 過窺視管、隔塵套筒前的透鏡和隔塵套筒進入測溫探頭而完成溫度測量。由 于旋流氣體適當?shù)拇祾?，使得窺視管內(nèi)及輻射光路上的參與性介質(zhì)(濃煙、 水霧介質(zhì)、油性氣體、濃塵等)不會吸收熱輻射，對測溫不會產(chǎn)生影響，確 保測溫準確；另一方面，參與性介質(zhì)(濃煙、水霧介質(zhì)、油性氣體、濃塵等) 也不會污染透鏡，大大減少了透鏡和隔塵套筒的清洗次數(shù)。
當開始測試時，由入口 3通入旋流介質(zhì)，旋流介質(zhì)經(jīng)過干燥凈化裝置4 后，通過旋流發(fā)生器9在窺視管8內(nèi)產(chǎn)生特殊旋流，以使得在隔塵套筒前產(chǎn) 生一定的正壓，防止外界含有油污、粉塵、水霧的空氣污染防塵玻璃。在滿 足測溫儀的正常工作的情況下，為了滿足測溫儀在使用時在最小流量和壓力 的旋流介質(zhì)在窺視管產(chǎn)生的旋流的情況合理，運用FLUENT軟件對窺視管的形 狀和旋流介質(zhì)的流量和壓力進行優(yōu)化，以使旋流介質(zhì)的吹掃對溫度的影響最 小，同時又能防止外界含有油污、粉塵、水霧的空氣污染防塵透鏡。
權(quán)利要求
1、復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系統(tǒng)，包括非接觸式測溫儀(1)，其特征在于它還包括恒溫箱(10)、隔塵套筒(7)和旋流發(fā)生器(9)，恒溫箱(10)內(nèi)部空腔通過隔板分割為前后兩部分，所述非接觸式測溫儀(1)設(shè)于恒溫箱后部空腔內(nèi)，隔塵套筒(7)位于恒溫箱前部空腔內(nèi)，隔塵套筒后端安裝在隔板上，隔塵套筒前端設(shè)有透鏡，隔塵套筒內(nèi)部空腔與恒溫箱后部空腔連通形成全封閉結(jié)構(gòu)，非接觸式測溫儀的探頭通過隔塵套筒中心孔和透鏡與測溫表面對視，旋流發(fā)生器(9)設(shè)于隔塵套筒(7)前端，旋流方向正對測溫表面，恒溫箱(10)壁上設(shè)有旋流氣體入口(3)，該入口與恒溫箱前部空腔相通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系統(tǒng)， 其特征在于在旋流發(fā)生器(9)前端設(shè)有窺視管(8)，窺視管對準被測物體。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系 統(tǒng)，其特征在于在旋流氣體入口 (3)前端設(shè)有干燥凈化裝置(4)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系統(tǒng)， 其特征在于所述恒溫箱(10)為雙層結(jié)構(gòu)，在中間形成空心夾層，在恒溫 箱外層外壁上設(shè)有與空心夾層相通的冷卻介質(zhì)入口 (l)和冷卻介質(zhì)出口 (6)， 在恒溫箱(10)內(nèi)層中設(shè)有電子溫度計(2)，電子溫度計通過電纜與遠程控 制器連接，遠程控制器根據(jù)電子溫度計的信息自動調(diào)整流量閥的開度以改變
全文摘要
本發(fā)明復(fù)雜環(huán)境中高溫固體表面長期準確測溫系統(tǒng)包括非接觸式測溫儀、恒溫箱、隔塵套筒和旋流發(fā)生器，恒溫箱通過隔板分割為前后兩部分，測溫儀設(shè)于后部空腔，隔塵套筒位于前部空腔。隔塵套筒前端設(shè)有透鏡，在隔塵套筒前端設(shè)有旋流發(fā)生器，在旋流發(fā)生器前端設(shè)有窺視管。探頭通過隔塵套筒、透鏡和窺視管與測溫表面對視。旋流發(fā)生器在隔塵套筒前產(chǎn)生一定的正壓，使得外界的污染物不能接近隔塵套筒和透鏡，被測物表面的熱射線也不被參與性介質(zhì)吸收而能直接傳入測溫探頭。窺視管防止了其余部分的熱輻射對測溫儀溫度的修正所帶來的困難。恒溫箱和隔塵套筒為測溫儀提供了良好的工作環(huán)境，故本發(fā)明能夠在復(fù)雜環(huán)境下長期、穩(wěn)定、連續(xù)、準確的進行溫度測量。
文檔編號G01K13/00GK101441119SQ20081023321
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月3日
發(fā)明者劉洪波, 宋立偉, 健 張, 歐陽奇, 溫良英, 牛宏波, 趙立明, 陳登福, 高龍永, 龍木軍 申請人:重慶大學(xué)