光电快速测量热熔物内部温度的方法技术

一种光电快速测量热熔物内部温度的方法，用带有透光元件的热辐射采集器插入热熔物中采集热辐射，并用光电测温枪将采集到的热辐射转换成电信号，该信号经信号数据处理装置处理后获得该热熔物的温度。用本发明专利技术制成的测温系统具有测温速度快，测量精度高，准确可靠，生产工艺简单，制造成本低，抗工作环境电磁干扰能力强等优点，可以代替传统的浸入式一次性使用的热电偶测温器，广泛应用于冶金等行业，测量钢水、铁水、铝水、铜水等热熔物的温度。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光电快速测温的方法，特别是一种。在钢铁、有色冶金等行业的生产过程中需要对热熔物(如铁水、钢水、铜水、铝水)测量温度，传统的方法是将一个很小的热偶装在纸管上，用测量枪将热电偶插入热熔物中进行测温。由于这种测温方法需要待测热熔物与热电偶达到充分热平衡才能准确测出该热熔物的温度，而这种测量方法是将热电偶丝套入石英管中，石英管外还有金属护帽，在测量时，热熔物必须先熔化金属帽并加热石英管，在待测热熔物与该石英管达到热平衡后，石英管再与热电偶的偶头达到热平衡时才产生正确的测量数据。这一系列的热平衡过程使得这种传统的方法测量速度缓慢，因此测量效率不高，而且由于对于是否已达到充分的热平衡的时间不易掌握，因此也增加了误测率。另一方面由于测量时热电偶电极与测温枪插接不良也会造成测量失败。由于上面所述的测量失败和误测率高，因此其测量的可靠性较差。同时由于测量速度慢，使测量工人需要较长的时间在环境温度很高的测量现场进行操作，增加工人的劳动强度。这种测量方法的另一个缺点是制造工艺复杂，需要用稀贵金属，制造成本较高热电偶是金属材质的传感器，容易受到电磁干扰，而其使用的环境大多具有很强的电磁干扰源，这也是这种方法不可靠的因素之一。本专利技术的目的在于克服上述热电偶测温的不足之处，提出一种利用光电技术测量热熔物内部温度的方法。按照这种方法，测温速度快，测量准确可靠，抗电磁干扰能力强，且用这种方法可以避免使用铂铑等稀贵金属、简化生产工艺，从而降低生产成本。上述本专利技术的目的是这样完成的，即本专利技术提供一种，其特征是用带有透光元件的热辐射采集器插入热熔物中采集热辐射，并用光电测温枪将采集到的热辐射转换成电信号E，该电信号E经信号数据处理装置处理后获得该热熔物的温度。所述的采集热辐射的方法是通过一端带有透光元件的管状热辐射采集器采集热辐射的。在所述的热辐射方法中，还需在被采集的热辐射的光路中设有遮光元件，此遮光元件可以是一个光开关，此光开关在透光元件插入热熔物内部时能自动打开而透光，在待工作状态时关闭，截住环境光，避免环境光的干扰。此遮光元件也可以是设置在透光元件外面的遮光膜，此遮光膜不透光但当它与热熔物接触后会因熔化或升华而立即消失，从而让热熔物内部的热辐射通过透光元件进入该管状热辐射采集器的内腔。在所述的热辐射采集方法中，热辐射是通过表面光平、质地均匀、透光性好的扁平式透光元件而被采集的。在上述的热辐射采集方法中，还可以通过一种端面光平、质地均匀的透明杆状物采集热辐射。在上述的热辐射采集方法中，也可以采用一段光纤作为透光元件采集热辐射。有利的是，本专利技术对热辐射采集的方法中还使用了二次采集法，即若设采集器直接采集的热辐射量为M0，则通过采集器内部，在离采集器透光元件介质表面一定距离的位置上设置一光栏孔来再次采集热辐射量M，从而满足公式M＝BM0，式中B为小于1的比例常数。用此方法有利于提高测量精度。用本专利技术的上述方法采集到热熔物内部的热辐射后，由光电测温枪将该热辐射转换成电信号E，对此电信号的数据处理是在对包括热辐采从而在进行实时测量时，只要通过所述方法获得经光电转换的电信号E，并将此电信号E送入上述信号数据处理装置中，该信号数据处理装置就能按照系统中事先标定的E与T的函数关系，确定和输出相应的热熔物内部温度T值。光电转换部件一般都有温度漂移，在环境温度有变化时这种漂移影响测量的准确性。为了补偿这种因环境温度变化造成的测量偏差，本专利技术在上述系统位于热熔物之外的适当部位设置环境温度传感器。通过事先实测标定环境温度传感器在各种环境温度下的电信号Ec对应的相应于各种温度T的电信号E的漂移值ΔE的函数关系，并将由此标定的Ec与ΔE的函数关系事先存储到所述的信号数据处理装置中，从而在现场测量时，通过上述环境温度传感器测得的电信号Ec和相应于当前的热熔物温度T的电信号E，即可按照事先标定并储存在所述的数据处理装置中的Ec与ΔE的函数关系，确定应该进行补偿的漂移值ΔE，并通过ΔE补偿现场测量的相应于热熔物内部温度的电信号E，从而通过用此方法补偿的电信号E获取准确的热熔物内部温度值T。本专利技术有如下特点(1)本专利技术是在传统的热电偶快速测温法之外创造的，开辟了新一代快速测量热熔物内部温度的途径。(2)由于热熔物的热辐射M0与其温度T在一般原则上遵从斯蒂芬-坡尔兹曼定律M0＝σT4，σ为系数，因此本专利技术在高温测量领域具有更高的灵敏度的精确度。(3)用本专利技术的方法测量热熔物内部温度比传统的浸入式热电偶测温法快速可靠。实践证明，用浸入式热电偶测温法测温时由于热电偶头需要通过石英套管、金属护帽等外护物与待测热熔物达到热平衡，使其需要在热熔物中停留足够长的时间才能有可靠的数据产生，而用本专利技术的方法测量热熔物内部温度时，不需要热平衡过程，其温度信息是通过待测热熔物的热辐射以光速来传递的，并且光电转换及数据处理的速度可以高到微秒量级，因此使用本专利技术消除了由于测量时间短而造成的测量误差及错误测量数据，并且大大减少测量工人炉前持枪的时间，降低了工人的劳动强度。(4)本专利技术免去采用制造热电偶的稀贵金属，制造工艺比热电偶方式简单，使生产成本大为降低。(5)由于采用环境温度的自动补偿，本专利技术的测量精度能够得到进一步提高。(6)在有强电磁干扰的生产环境中，本专利技术的抗干扰能力较热电偶方式强，因为本专利技术是用光作为温度信息的载体，而光对电磁干扰不敏感。下面结合附图进行说明附图说明图1为实施本专利技术的系统示意2为本专利技术的热辐射采集器与光电测温枪组合的一种实施例纵剖面3为图2的P-P剖视4为本专利技术的透光元件的另一种实施例图5为图4的N-N剖视6为本专利技术的信号数据处理装置框7为本专利技术的信号数据处理装置的一种实施例图8为本专利技术的实施例中实测标定的光电转换的电信号E与热熔物内部温度T的函数关系示意9为本专利技术的实施例中实测标定的环境温度传感器电信号Ec与光电转换的电信号漂移值ΔE的函数关系示意中，1、热辐射采集器 2、光电测温枪 3、信号数据处理装置 4、热熔物 5、电缆 11、透光元件 12、遮光膜 13、泥头14、泥头通光孔 15、套管 21、光栏 22、光栏孔 23、枪头24、支承套 25、光电转换部件 26、光敏面 27、枪身 28、电导线 29、航空插座 210、手把。图1是实施本专利技术方法的示意图，其中用光电测温枪2将套在其上的热辐射采集器1插入待测热熔物4中，热辐射采集器1采集到的热辐射由光电测温枪2转换成电信号经电缆5传入信号数据处理装置3进行处理后获得该热熔物4的温度。本专利技术的热辐射采集器1和光电测温枪2的一种组合实施例，如图2所示，在这个实施例中，热辐射采集器1由透光元件11、遮光膜12、泥头13和纸管15组成。透光元件11采用质地均匀、表面光平、透光性能好的扁平透光材料制成。本实施例的遮光元件采用一种遮光膜，即透光元件11的外侧粘贴的遮光膜12，遮光膜12是不透光薄膜，它的作用是在热辐射采集器1进入热熔物4之前挡住环境光，免除环境光的干扰。一旦热辐射采集器1进入热熔物4，且尚未到达测量位置之前，该遮光膜12已经消失，例如熔化掉或升华掉，以使热辐射直接通过透光元件11进入热辐射采集器1。本例的透光元件11嵌装在泥头13上，泥头13是用耐火材料烧制的，其轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电快速测量热熔物内部温度的方法，其特征在于：用带有透光元件的热辐射采集器插入热熔物中采集热辐射，并用光电测温枪将采集到的热辐射转换成电信号Ｅ，该电信号Ｅ经信号数据处理装置处理后获得该热熔物的温度。２、如权利要求１所述的测量热熔物内部温度的方法，其特征是，在该方法中，采集热辐射的方法是通过一端带有透光元件的管状热辐射采集器采集热辐射的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖昱，肖敬孝，
申请(专利权)人：肖昱，肖敬孝，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]