紅外線(xiàn)測溫儀在軋鋼生產(chǎn)中的應用
1、前言
在現代化軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中,為保證鋼板的實(shí)物質(zhì)量,對鋼板進(jìn)行控軋控冷,就要求一定的測溫檢測手段。紅外測溫儀精度高、可靠性強的特性可對鋼板提供有效、準確、可靠的溫度測量,從而提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低消耗,提高生產(chǎn)率。
2、紅外測溫儀的構成
紅外測溫儀又稱(chēng)為紅外輻射測溫儀,是通過(guò)測量物體的電磁輻射來(lái)確定被測物體的溫度,該電磁輻射來(lái)源于物體內部所蘊含的能量。對于工業(yè)應用來(lái)說(shuō),我們所涉及到的是由可見(jiàn)光的較短波長(cháng)延伸到紅外光直至20μm的紅外輻射。所以,紅外測溫儀(輻射測溫儀)是一種將輻射能量量化,并用電信號輸出來(lái)表達其所對應的溫度的裝置。
紅外測溫儀一般可分為四部分:即,光學(xué)系統,紅外探測器、信號處理部分、顯示輸出部分。見(jiàn)圖1:
2.1 光學(xué)系統
光學(xué)系統是紅外測溫儀的重要組成部分,主要作用為:輻射能量的會(huì )聚,取被測目標實(shí)施瞄準,決定測溫儀的視場(chǎng),同時(shí)對測溫儀內部起一定的密封作用。
2.2 紅外探測器
紅外探測器是紅外測溫儀的核心部分。紅外探測器通過(guò)物鏡接受被測目標的輻射能量,并將輻射能量轉變成電信號,通過(guò)后續處理zui終得到被測物體的表面溫度。
2.3 信號處理
紅外探測器將紅外輻射轉換成電信號,送入信號處理部分,經(jīng)前置放大器,A/D變換輸入到微處理器,同時(shí)環(huán)境溫度補償信號也輸入微處理器,經(jīng)微處理器進(jìn)行線(xiàn)性化處理,環(huán)境補償、輻射率修正后得到校正后的輸出信號。
2.4 顯示輸出
在實(shí)際應用中,處理器提供的溫度信號通過(guò)兩種方式使用:其一是通過(guò)顯示器顯示;另一種是將溫度信號輸送到工業(yè)控制系統來(lái)實(shí)現生產(chǎn)過(guò)程的控制,也有兩種同時(shí)采用的。
不同類(lèi)型的測溫儀可提供顯示實(shí)時(shí)值、zui大值、zui小值、平均值、差值,還可顯示輻射率設定值、報警設定值等,經(jīng)軟件處理還可以顯示溫度曲線(xiàn)、熱圖等。測溫儀比較通用的是0-20mA或4-20mA電流輸出,如果需電壓信號,也可以將電流信號轉換并標度。
3、紅外測溫儀的選型
在工業(yè)應用中,測溫儀與被測目標之間經(jīng)常存在一些介質(zhì),他們能減弱甚至*遮擋被測目標表面能量的輻射,而測溫儀只能測量它所“看"到的目標。我們常用的固定式測溫儀主要有以下幾類(lèi):
① 寬波段測溫儀,或稱(chēng)寬帶測溫儀,它的光譜響應范圍由光學(xué)系統來(lái)限定,主要用來(lái)測量低溫、配有寬光譜響應范圍的探測器。
② 選擇波段測溫儀,它的響應波長(cháng)受濾光器的限定,探測器的響應波段可根據應用的需要而選擇。
③ 短波測溫儀,在輻射率變化時(shí),能減少測量誤差。這里所說(shuō)的短波是相對的,可以是在1500K的溫度時(shí),0.6μm的波長(cháng),或是在300K的溫度時(shí),3μm的波長(cháng).
④ 比色測溫儀,又稱(chēng)雙色測溫儀,在“很臟的大氣"中使用時(shí)測量效果較好。
在對測溫儀的選型中,除了溫度要求范圍外,測溫儀"溫度變化百分比"、"輻射率變化百分比"這兩個(gè)參數對于準確選擇測溫儀也十分重要:
① 測溫儀溫度變化百分比,是指物體由于溫度變化所帶來(lái)的輸出值的變化。對于紅外測溫儀來(lái)講,溫度變化百分比越大,就意味著(zhù)它的靈敏度越高。
② 輻射率變化百分比,是指當被測目標的輻射率變化時(shí),所帶來(lái)的儀器輸出值的變化。由于軋鋼過(guò)程中,鋼板在一定波長(cháng)及一定溫度下,輻射率在一定內隨機變化,由該輻射率的變化所帶來(lái)的測溫儀輸出值的變化并非是目標的真實(shí)溫度變化。因此,調整輻射率變化百分比也是十分有必要的。
4、具體應用
以濟鋼中厚板廠(chǎng)在粗軋機過(guò)程控軋控冷時(shí)的溫度檢測為例:在除鱗箱后、粗軋機前、粗軋機后的水幕冷卻裝置前后共設置四套LAND紅外測溫儀。除鱗箱提供了測量無(wú)鱗鋼板溫度的機會(huì )。在鋼坯進(jìn)入軋機前幾乎所有的氧化鐵皮等都被高壓水噴霧沖走,為軋制過(guò)程提供了清潔的表面。探頭開(kāi)始測量鋼板表面的真實(shí)溫度,以確保這個(gè)溫度在軋制限度之內,并設置軋制參數。
遇到的主要問(wèn)題是:⑴確定非接觸式探頭的合理位置,使得來(lái)自除鱗箱的噴霧和氧化物的存在的影響達到zui??;⑵探頭和軋機機座也要保持安全距離,以防止鋼板在軋制過(guò)程中氧化物的噴濺對探頭造成損害;⑶水和余鱗在鋼坯表面能夠形成較冷的區域,從而導致讀數變化。
輻射測溫的原則是:測溫儀只能測量它所“看"到的目標,有兩種方法可解決氣體對輻射的吸收,一種是用一個(gè)窺視管和空氣吹掃器來(lái)提供一個(gè)無(wú)障礙的視覺(jué)路徑;另一種是選擇一個(gè)不被介質(zhì)影響的操作波段。針對這些問(wèn)題,我們選用了質(zhì)量信譽(yù)高的LAND產(chǎn)品SYSTEM系統中M1/R1型短波探頭--從而避免水汽吸收的影響;小目標尺寸和快速響應功能----將瞄準位于鋼坯表面上的氧化鐵皮和“黑水"中間的熱目標,并使信號處理器使用峰值保持功能,確保溫度測量在zui大程度上的準確性和連續性,即使目標被部分的遮擋或*離開(kāi)視域,溫度測量結果也同樣會(huì )達到要求,這樣系統輸出就能追蹤鋼板的真實(shí)溫度了;高水平的探頭輸出,弱化了電子干擾的影響,這一輸出可以直接作為zui終溫度的顯示;探頭的位置應盡可能地接近軋機的入口,這樣可避免來(lái)自冷卻水噴霧和打開(kāi)過(guò)程中的移動(dòng)的干擾。
5、應用效果
三年來(lái),濟鋼中厚板廠(chǎng)在軋鋼過(guò)程中使用紅外測溫儀取得了明顯的控制效果,真正成為軋鋼工人的“眼睛",有效地防止了軋制低溫鋼的操作,提高了鋼板軋制質(zhì)量。同時(shí),該廠(chǎng)在生產(chǎn)過(guò)程中全線(xiàn)使用了精度高、穩定性強的紅外測溫儀系統,加強矯直、冷卻、剪切等工序的溫度控制,有效提高了鋼板的成材率,具有明顯的經(jīng)濟效益。
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