液體測溫方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及液體測溫方法，尤其涉及能夠?qū)Ω邷鼗蚋g性液體進行在線測溫的液體快速測溫方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光譜測溫儀是以黑體輻射理論(普朗克定律:單位面積黑體在半球方向發(fā)射的輻射通量E是波長和黑體溫度函數(shù))為依據(jù)，采用的是綜合型測溫方法。它是由探測管和光譜測溫儀兩部分組成，可用來測量各類高溫爐和熔液內(nèi)部的實際溫度，不受環(huán)境污染以及目標黑度系數(shù)的影響。
[0003]由于某些待測金屬液體的高腐蝕性，測溫基本上用1，用K型鎧裝熱電偶進行間斷式測溫；2，在必須采用在線式測溫的場合，(保護管通常做的很粗，壁很厚)來達到延長使用壽命的目的。上述間斷兩種方法都存在以下問題:利用傳統(tǒng)測溫方法測溫時，尤其在金屬液體測溫領域，由于待測液體具有高腐蝕性，基本上用采K型鎧裝熱電偶進行間斷式測溫，無法實現(xiàn)在線測溫的實時性與精確性，而在現(xiàn)有的在線式測溫系統(tǒng)中由于保護管壁較厚，溫度響應嚴重滯后，系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0004]本發(fā)明的目在于提供一種具有在線的液體測溫方法，可以有效的解決保護管耐腐蝕性差、熱電偶測量精度差、響應慢等缺點，具有快速響應I秒測溫，測量準確，使用壽命長等優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明液體測溫方法是應用于液體測溫系統(tǒng)的方法，該液體測溫系統(tǒng)包括光學測量系統(tǒng)、氣源控制器、光譜測溫儀、數(shù)據(jù)記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統(tǒng)包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭，該液體測溫方法包括所述光學測量系統(tǒng)采集所述金屬光學筒內(nèi)的液體耙面的光譜信號，并傳遞至所述光譜測溫儀的步驟；所述光譜測溫儀將所接收來的光譜信號轉(zhuǎn)換成電信號，并電信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)輸出至所述數(shù)據(jù)記錄儀的步驟；和溫度數(shù)據(jù)在所述大屏顯示器上顯示的步驟。
[0006]優(yōu)選還包括間歇式吹掃步驟，S卩，在所述光學測量系統(tǒng)采集光譜信號期間，通過所述氣源控制器間歇式地對所述金屬光學筒內(nèi)吹送氣體的步驟。
[0007]優(yōu)選所述氣源控制器通過單向截止閥控制吹掃氣流。
[0008]優(yōu)選在進行氣體吹掃時，所述光學系統(tǒng)不采集光譜數(shù)據(jù)。
[0009]優(yōu)選當進行測溫時，所述金屬光學筒插入測溫液體中150-200mm。
[0010]優(yōu)選所述金屬光學筒是利用耐高溫金屬制成的圓筒形金屬光學筒，其長度與直徑之比大于10，所述氣源控制器根據(jù)所述金屬光學筒的直徑吹送氣體。
[0011]有益效果:
[0012]1、本發(fā)明結(jié)合接觸式和非接觸測量式兩者的優(yōu)點，兼顧接觸測量的高精度和非接觸測量式的快速，從而實現(xiàn)了對液體快速準確的測量。
[0013]2、本發(fā)明在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計上，克服了接觸式與非接觸式測量的天然缺點，融合兩者優(yōu)點，實現(xiàn)了兩者的完美統(tǒng)一?？梢詫崿F(xiàn)秒的快速響應、小于3°C的精確測量、超長6個月的使用壽命。克服了接觸測試的反應慢；非接觸測量的誤差大的缺點。
[0014]3用空氣動力氣流進行間斷吹掃，保護了光學系統(tǒng)的測量窗口的潔凈，能夠真實反映液體靶面的溫度(金屬光學筒的通孔直接插在熔液體內(nèi)一定深，此時熔融液體在金屬光學筒內(nèi)的液面叫液體靶面)。并保證了儀器可以長期正常工作。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明液體測溫系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為對金屬光學黑體管被氣體吹掃時的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]本項目設計方案見圖1擬采用融合接觸式測溫和非接觸式測溫，氣膜保護的光學通道，采集到被測物的光譜信號從而得知溫度。
[0018]該系統(tǒng)包括復合陶瓷保護管4、單向截止閥7、氣源控制器9、光學測量系統(tǒng)(6、10、11)、光譜測溫儀12、數(shù)據(jù)記錄儀13、大屏顯示器14。主要部件作用:復合陶瓷保護管4具有抗腐蝕，壁厚等性能，用于保護金屬光學黑體筒6，延長使用壽命；金屬光學黑體筒4用于被測物體的光譜通道和氣膜吹掃通道；氣膜控制器7用于氣膜產(chǎn)生及控制；單向截止閥7用于氣流的單向控制；光學鏡頭11前安裝有用戶保護的測量窗口 10，光學鏡頭11透過測量窗口 10對小目標的圖像信號進行采集；光譜測溫儀12用于將圖像光譜轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)記錄儀13用于對數(shù)據(jù)進行記錄和保存；大屏顯示器14用于溫度顯示，供生產(chǎn)人員觀察
[0019]如圖2所示，復合陶瓷保護管4為圓柱形筒狀，中間通孔，采用耐腐蝕的材料，設計的壁厚很厚，可以長時間耐腐蝕侵蝕。金屬光學黑體筒6為圓柱形筒狀，中間通孔，與復合陶瓷保護管4通過螺紋形式連接，兩者螺紋之間是具有氣密性。金屬光學黑體筒6是由耐高溫金屬制成，內(nèi)部通過光學表面處理。在線測量時，用支架5穩(wěn)定固定在容器I的上蓋3上。測量前將復合陶瓷保護管4緩慢垂直插入容器I盛裝的被測熔融液體2內(nèi)150-200mm，復合陶瓷保護管4內(nèi)部的金屬光學黑體筒6及連接口都是被設計成氣密性，由于氣壓的存在，當插入液體時，熔融液體2無法進入金屬光學黑體筒6內(nèi)。當復合陶瓷保護管4插入一定深度后，熔融液體2的靶面與密閉的金屬光學黑體筒6形成一個空腔，空腔的長度與內(nèi)徑之比遠遠大于10，當有一束能量光譜射線從金屬光學黑體筒6開口端射入管內(nèi)，由于管子細長，射線在管內(nèi)要經(jīng)過多次反射才能從原入射管口發(fā)射出來。因此光譜射線的大部分能量被留在管內(nèi)，故其吸收率近于1，且在測溫范圍內(nèi)近似保持為常量，在工業(yè)上可以視為黑體。
[0020]此時，熔融液體2的光譜信號同溫度有一個穩(wěn)定的函數(shù)關系，通過測量光譜值的大小就可以感知溫度的變化。光學測量系統(tǒng)通過光學金屬黑體筒6采集到熔融液體2的光譜圖像信號，通過光譜測溫儀12把光譜信號換算成相對應的溫度值。數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)記錄儀13記錄，在通過大屏顯示器顯示，以供生產(chǎn)使用。
[0021]具體的測試原理及步驟如下
[0022]首先光學測量系統(tǒng)通過金屬光學黑體筒6不斷采集位于其內(nèi)部的液體靶面的光譜圖像信號，即、靶面的光譜信號通過在金屬光學黑體筒6，透過測量窗口 10而傳遞至光學鏡頭11，光譜測溫儀12將光學鏡頭11傳遞來的光譜信號轉(zhuǎn)化為電信號，并將電信號轉(zhuǎn)化為溫度數(shù)據(jù)傳送至數(shù)據(jù)記錄儀13，數(shù)據(jù)記錄儀13與大屏顯示器14相連，以供工作人員直觀了解溫度數(shù)據(jù)。
[0023]在長期在線工作中，在光學黑體筒6內(nèi)會具有高溫熔融液體揮發(fā)出的各種雜質(zhì)氣體，底部高溫氣體上升，溫度較低的上層氣流下降，在空腔內(nèi)形成氣流流動及循環(huán)，揮發(fā)氣體所含的雜質(zhì)在循環(huán)中會對光學通道及測量窗口 10產(chǎn)生污染，造成光譜信號的失真，導致系統(tǒng)無法長時間準確地測量。為了解決這個問題，在金屬光學黑體筒6上端，開一個氣孔，利用氣源控制器9對金屬光學黑體筒6內(nèi)的氣體通道進行吹掃，氣源控制器9通過單向截止閥7和氣體管路8與金屬光學黑體筒6連接。氣源控制器9的氣體流量的大小、速度都是可調(diào)節(jié)的，吹掃的時間及時間間隔都是可以調(diào)整的。
[0024]氣源控制器9不工作時，金屬光學黑體筒6內(nèi)部是密閉的，氣源接口處由于單向截止閥7的存在，內(nèi)部是密閉的，氣體無法流出。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，當管內(nèi)揮發(fā)物質(zhì)形成一定量的時候，開啟氣源控制閥，潔凈的空氣通過單向截止閥7，向金屬光學黑體筒內(nèi)6吹掃。金屬光學黑體筒6內(nèi)徑設計的很小，小于10_，同樣，氣源控制器9氣流流速設計的很慢，這樣的話，大容量的熔融液體2的溫度場對小氣流造成的影響可以忽略不計，不會對目標溫度產(chǎn)生影響。
[0025]為了避免吹掃氣流造成對溫場測量的影響，可以在氣源吹掃期間及吹掃過后幾秒內(nèi)，氣源控制器9給數(shù)據(jù)記錄儀13—個信號，對這段時間內(nèi)(小于1s)數(shù)據(jù)不予采樣或剔除。通過對光譜對熱能光源分析處理，送至智能溫度記錄儀進行運算，溫度記錄儀的數(shù)據(jù)通過無線或RS485方式，發(fā)送到大屏顯示器14以供現(xiàn)場顯示。
[0026]利用本發(fā)明的液體測溫方法進行在線測溫的基本誤差小于0.3% F.So測量范圍是500-1100°C。顯示分辨率:1°C。其中供電部分包括:光譜儀測溫部件為無源，分析部件采用DC 24V供電，顯示部件采用AC220V供電。顯示數(shù)碼尺寸:測量部件:0.5英寸，顯示部件:5英寸。整個系統(tǒng)的工作環(huán)境包括:光譜儀測溫電子部件承受環(huán)境溫度< 200°C，儀表承受環(huán)境溫度O?50°C，相對濕度85%。儀表內(nèi)部冷端補償溫度范圍:0?50°C。
[0027]其中系統(tǒng)設備外形尺寸中光譜測溫儀可根據(jù)現(xiàn)場安裝要求和用戶的要求情況定制數(shù)顯表，規(guī)格有:160 X 80 X 70mm，大屏顯示部件:525 X 200 X 80mm和自定義規(guī)格。其中數(shù)顯表重量約0.5kg ;顯示部件約7kg。無線傳輸距離大于100米；測量部件功耗小于300mW ；顯示部件小于low。
[0028]以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不限定于上述實施例。對本領域的技術(shù)人員來說，在權(quán)利要求書所記載的范疇內(nèi)，顯而易見地能夠想到各種變更例或者修正例，當然也屬于本發(fā)明的技術(shù)范疇。
【主權(quán)項】
1.一種液體測溫方法，其應用于液體測溫系統(tǒng)，該液體測溫系統(tǒng)包括光學測量系統(tǒng)、氣源控制器、光譜測溫儀、數(shù)據(jù)記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統(tǒng)包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭， 該液體測溫方法的特征在于:包括所述光學測量系統(tǒng)采集所述金屬光學筒內(nèi)的液體靶面的光譜信號，并傳遞至所述光譜測溫儀的步驟；所述光譜測溫儀將所接收來的光譜信號轉(zhuǎn)換成電信號，并把電信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)輸出至所述數(shù)據(jù)記錄儀的步驟；和溫度數(shù)據(jù)在所述大屏顯示器上顯示的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的液體測溫方法，其特征在于:還包括間歇式吹掃步驟，即，在所述光學測量系統(tǒng)采集光譜信號期間，通過所述氣源控制器間歇式地對所述金屬光學筒內(nèi)吹送氣體的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的液體測溫方法，其特征在于:所述氣源控制器通過單向截止閥控制吹掃氣流，間歇吹掃的時間可以自定義。
4.根據(jù)權(quán)利2所述的液體測溫方法，其特征在于:在進行氣體吹掃時，所述光學系統(tǒng)不采集光譜數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的液體測溫方法，其特征在于:當進行測溫時，所述金屬光學筒插入測溫液體中，插入深度根據(jù)工藝要求選擇。
6.根據(jù)權(quán)利I?5中任一項所述的液體測溫方法，其特征在于:所述金屬光學筒是利用耐高溫金屬制成的圓筒形金屬光學筒，其長度與直徑之比大于10，所述氣源控制器根據(jù)所述金屬光學筒的直徑吹送氣體。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種液體測溫方法，其應用于液體測溫系統(tǒng)，該液體測溫系統(tǒng)包括光學測量系統(tǒng)、氣源控制器、光譜測溫儀、數(shù)據(jù)記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統(tǒng)包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭。該液體測溫方法包括所述光學測量系統(tǒng)采集所述金屬光學筒內(nèi)的液體靶面的光譜信號，并傳遞至所述光譜測溫儀的步驟；所述光譜測溫儀將所接收來的光譜信號轉(zhuǎn)換成電信號，并把電信號轉(zhuǎn)換成溫度數(shù)據(jù)輸出至所述數(shù)據(jù)記錄儀的步驟；和溫度數(shù)據(jù)在所述大屏顯示器上顯示的步驟。本發(fā)明融合接觸式測溫高精度和非接觸測溫高響應的優(yōu)點。不僅可以彌補現(xiàn)有在線式測溫系統(tǒng)中因保護管壁厚導致的響應速度慢的弊端，同時具備高精度和高響應的特點。
【IPC分類】G01J5-00
【公開號】CN104864965
【申請?zhí)枴緾N201510337245
【發(fā)明人】蔡捷偉
【申請人】中國航天空氣動力技術(shù)研究院
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月17日