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紅外測(cè)溫儀在熱連軋中的應(yīng)用

熱連軋生產(chǎn)線所采用的紅外測(cè)溫儀的功能、結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。
濟(jì)鋼熱連軋是一條年產(chǎn)250萬噸的半連軋生產(chǎn)線，主要由：兩座步進(jìn)式加熱爐，一臺(tái)帶前立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)，一臺(tái)切頭飛剪，六機(jī)架精軋機(jī)組，一套帶鋼層流冷卻裝置，兩臺(tái)卷取機(jī)，一套鋼卷運(yùn)輸系統(tǒng)等設(shè)備組成。為了測(cè)量鋼件的表面溫度，控制軋件質(zhì)量，共在四個(gè)點(diǎn)設(shè)置了紅外高溫計(jì)，分別是粗軋出口、精軋入口、精軋出口、卷取機(jī)入口。

1. 基本原理：

一切溫度高于*零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射特性：輻射能量的大小及其按波長(zhǎng)的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系。因此，通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，便能準(zhǔn)確地測(cè)定它的表面溫度，這就是紅外輻射測(cè)溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。

紅外測(cè)溫亦稱紅外輻射測(cè)溫，是一種利用物體自身發(fā)射的紅外輻射測(cè)量物體溫度的技術(shù)。紅外輻射或稱紅外線是波長(zhǎng)位于0. 76μm～1000μm 之間的電磁輻射，對(duì)于理想的黑體其單位表面積向半球空間發(fā)射的所有波長(zhǎng)的總輻射功率(簡(jiǎn)稱全輻射度或輻射強(qiáng)度) 與物體溫度的4 次方成正比：

Mb ( T) =σT4 (1)

這就是的斯蒂芬-玻爾茲曼定律。其中σ=5.6697×10-8W/m2K4 稱為斯蒂芬- 玻爾茲曼常數(shù)。

(1)式用于實(shí)際物體，需要乘以輻射率：

Mgb( T) =εσT4

可見任何物體的自發(fā)輻射強(qiáng)度Mgb ( T) 與物體的溫度和物體的輻射率有關(guān)。物體的輻射率ε與其材料的性質(zhì)(組成成分、金屬非金屬、晶體非晶體等)、表面狀態(tài)(表面光滑粗糙、氧化程度、污染或表面涂層等)和物體的溫度直接相關(guān)。只要能夠正確選擇物體的輻射率，便可準(zhǔn)確得出所測(cè)物體的實(shí)際溫度。

2. 組成結(jié)構(gòu)：

紅外測(cè)溫儀的功能是收集目標(biāo)的紅外輻射能量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、經(jīng)過放大處理后，再利用溫度與輻射能量的關(guān)系，顯示出物體的溫度。其基本構(gòu)成如圖1 所示。

紅外測(cè)溫儀是由光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)單元和信號(hào)處理三部分組成的。光學(xué)系統(tǒng)的主要作用是收集被測(cè)目標(biāo)的輻射功率,并使其匯聚到紅外探測(cè)器上。紅外探測(cè)器的作用是將接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

熱連軋廠采用了LAND公司的M1、M2兩個(gè)系列的紅外測(cè)溫計(jì)。技術(shù)參數(shù)如表1。

表1

型號(hào) M1 600/1600C M2 300/1000C

測(cè)量范圍 600～1600℃ 300～1300℃

波長(zhǎng) 1um 1.6um

響應(yīng)時(shí)間 5ms 5ms

F:S 100:1 100:1

焦距 0.5m到無窮遠(yuǎn) 0.5m到無窮遠(yuǎn)

復(fù)現(xiàn)性 ≤1K ≤1K

準(zhǔn)確度 0.4% 0.25%+1K

電信號(hào)處理部分的作用主要是對(duì)探測(cè)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大,以達(dá)到顯示或記錄被測(cè)溫度的目的。為了使紅外測(cè)溫儀有較高的輸出信噪比,必須要求儀器有較大的光學(xué)相對(duì)孔徑,高靈敏度的探測(cè)器,低噪聲的電信號(hào)處理系統(tǒng)。技術(shù)參數(shù)如表2。

表2

顯示 320×240像素

輸出 4～20mA，0～20mA可選

輸出更新周期 10ms

吸收率設(shè)置 0.05～1.0步長(zhǎng)0.001

峰值保持功能 有

求平均值功能 有

曲線描繪功能 有

報(bào)警輸出功能 有

3. 系統(tǒng)特點(diǎn)：

(1) 非接觸測(cè)量：它不需要接觸到被測(cè)溫度場(chǎng)的內(nèi)部或表面,因此,不會(huì)干擾被測(cè)溫度場(chǎng)的狀態(tài),測(cè)溫儀本身也不受溫度場(chǎng)的損傷。

(2) 測(cè)量范圍廣：因其是非接觸測(cè)溫,所以測(cè)溫儀并不處在較高或較低的溫度場(chǎng)中,而是工作在正常的溫度或測(cè)溫儀允許的條件下。

(3) 響應(yīng)時(shí)間快：只要接收到目標(biāo)的紅外輻射即可在短時(shí)間內(nèi)定溫。

(4) 準(zhǔn)確度高:紅外測(cè)溫不會(huì)與接觸式測(cè)溫一樣破壞物體本身溫度分布,因此測(cè)量精度高。

(5) 靈敏度高：只要物體溫度有微小變化，輻射能量就有較大改變，易于測(cè)出。可進(jìn)行微小溫度場(chǎng)的溫度測(cè)量和溫度分布測(cè)量，非常適用于高速運(yùn)動(dòng)的帶鋼溫度的檢測(cè)。

(6) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全及使用壽命長(zhǎng)。

4. 注意事項(xiàng)

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度宜穩(wěn)定，避免紅外探測(cè)器和處理電路產(chǎn)生溫漂，因?yàn)闇y(cè)溫儀示值是在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下標(biāo)定的。因?yàn)樗脺y(cè)溫儀無內(nèi)置標(biāo)校裝置，應(yīng)注意及時(shí)標(biāo)校其讀值，以保證讀值準(zhǔn)確。所以應(yīng)注意保證冷卻護(hù)套的水和氣的供應(yīng)，使探頭保持在正常工作范圍內(nèi)。

在測(cè)溫儀的透鏡和被測(cè)物之間的傳播光路上，不可避免的有水滴、塵埃粒子、蒸汽和氧化鐵皮等，但由于其探頭的波長(zhǎng)短，能夠很好的避免測(cè)量干擾，使溫度示值不至偏低或不穩(wěn)定。即使如此，也應(yīng)當(dāng)通過用軸流風(fēng)扇吹掃減少干擾雜質(zhì)、改進(jìn)工藝過程減少氧化鐵皮的殘留。

發(fā)射率是表征物體輻射紅外線的能力，它是相同溫度和波長(zhǎng)下的實(shí)際物體與黑體的單色輻射出度之比，所以亦稱比輻射率。它是表征物體輻射本領(lǐng)的重要熱物性參數(shù)，發(fā)射率越大，物體表面的輻射能力越強(qiáng)。大部分有機(jī)物或金屬氧化表面的發(fā)射率都在0. 85～0. 98之間。光潔的金屬表面或拋光的物體發(fā)射率很低。帶鋼的種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度都是影響發(fā)射率的主要因素，所以為了準(zhǔn)確測(cè)定溫度應(yīng)正確設(shè)置不同測(cè)量點(diǎn)的發(fā)射率，這樣才能使測(cè)得的帶鋼表面溫度準(zhǔn)確。從這點(diǎn)講，的測(cè)量點(diǎn)應(yīng)是粗軋出口和精軋出口處。

避免強(qiáng)照明光源或太陽(yáng)直射鏡頭。因?yàn)橥鈦磔椛鋾?huì)同樣進(jìn)入測(cè)溫儀，帶來干擾。