紅外線測(cè)溫儀在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用

 1、前言

    在現(xiàn)代化軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中，為保證鋼板的實(shí)物質(zhì)量，對(duì)鋼板進(jìn)行控軋控冷，就要求一定的測(cè)溫檢測(cè)手段。紅外測(cè)溫儀精度高、可靠性強(qiáng)的特性可對(duì)鋼板提供有效、準(zhǔn)確、可靠的溫度測(cè)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(cè)溫儀的構(gòu)成
   
    紅外測(cè)溫儀又稱為紅外輻射測(cè)溫儀，是通過(guò)測(cè)量物體的電磁輻射來(lái)確定被測(cè)物體的溫度,該電磁輻射來(lái)源于物體內(nèi)部所蘊(yùn)含的能量。對(duì)于工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，我們所涉及到的是由可見光的較短波長(zhǎng)延伸到紅外光直至20μm的紅外輻射。所以，紅外測(cè)溫儀（輻射測(cè)溫儀）是一種將輻射能量量化，并用電信號(hào)輸出來(lái)表達(dá)其所對(duì)應(yīng)的溫度的裝置。
   
   紅外測(cè)溫儀一般可分為四部分：即，光學(xué)系統(tǒng)，紅外探測(cè)器、信號(hào)處理部分、顯示輸出部分。見圖1：

2.1 光學(xué)系統(tǒng)
      
    光學(xué)系統(tǒng)是紅外測(cè)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(cè)目標(biāo)實(shí)施瞄準(zhǔn)，決定測(cè)溫儀的視場(chǎng)，同時(shí)對(duì)測(cè)溫儀內(nèi)部起一定的密封作用。
   
    2.2 紅外探測(cè)器
      
    紅外探測(cè)器是紅外測(cè)溫儀的核心部分。紅外探測(cè)器通過(guò)物鏡接受被測(cè)目標(biāo)的輻射能量，并將輻射能量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，通過(guò)后續(xù)處理zui終得到被測(cè)物體的表面溫度。
  
    2.3 信號(hào)處理
      
    紅外探測(cè)器將紅外輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送入信號(hào)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(bǔ)償信號(hào)也輸入微處理器，經(jīng)微處理器進(jìn)行線性化處理，環(huán)境補(bǔ)償、輻射率修正后得到校正后的輸出信號(hào)。
  
    2.4 顯示輸出
     
    在實(shí)際應(yīng)用中，處理器提供的溫度信號(hào)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(hào)輸送到工業(yè)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的控制，也有兩種同時(shí)采用的。
     
    不同類型的測(cè)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(shè)定值、報(bào)警設(shè)定值等，經(jīng)軟件處理還可以顯示溫度曲線、熱圖等。測(cè)溫儀比較通用的是0-20mA或4-20mA電流輸出，如果需電壓信號(hào)，也可以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換并標(biāo)度。

    3、紅外測(cè)溫儀的選型
    
    在工業(yè)應(yīng)用中，測(cè)溫儀與被測(cè)目標(biāo)之間經(jīng)常存在一些介質(zhì)，他們能減弱甚至*遮擋被測(cè)目標(biāo)表面能量的輻射，而測(cè)溫儀只能測(cè)量它所“看"到的目標(biāo)。我們常用的固定式測(cè)溫儀主要有以下幾類：

    ① 寬波段測(cè)溫儀，或稱寬帶測(cè)溫儀，它的光譜響應(yīng)范圍由光學(xué)系統(tǒng)來(lái)限定，主要用來(lái)測(cè)量低溫、配有寬光譜響應(yīng)范圍的探測(cè)器。
    ② 選擇波段測(cè)溫儀，它的響應(yīng)波長(zhǎng)受濾光器的限定，探測(cè)器的響應(yīng)波段可根據(jù)應(yīng)用的需要而選擇。
    ③ 短波測(cè)溫儀，在輻射率變化時(shí)，能減少測(cè)量誤差。這里所說(shuō)的短波是相對(duì)的,可以是在1500K的溫度時(shí),0.6μm的波長(zhǎng),或是在300K的溫度時(shí),3μm的波長(zhǎng).
    ④ 比色測(cè)溫儀，又稱雙色測(cè)溫儀，在“很臟的大氣"中使用時(shí)測(cè)量效果較好。
   
    在對(duì)測(cè)溫儀的選型中，除了溫度要求范圍外，測(cè)溫儀"溫度變化百分比"、"輻射率變化百分比"這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于準(zhǔn)確選擇測(cè)溫儀也十分重要：
   
    ① 測(cè)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(duì)于紅外測(cè)溫儀來(lái)講，溫度變化百分比越大，就意味著它的靈敏度越高。
    ② 輻射率變化百分比，是指當(dāng)被測(cè)目標(biāo)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(zhǎng)及一定溫度下，輻射率在一定內(nèi)隨機(jī)變化，由該輻射率的變化所帶來(lái)的測(cè)溫儀輸出值的變化并非是目標(biāo)的真實(shí)溫度變化。因此，調(diào)整輻射率變化百分比也是十分有必要的。

    4、具體應(yīng)用
    
    以濟(jì)鋼中厚板廠在粗軋機(jī)過(guò)程控軋控冷時(shí)的溫度檢測(cè)為例：在除鱗箱后、粗軋機(jī)前、粗軋機(jī)后的水幕冷卻裝置前后共設(shè)置四套LAND紅外測(cè)溫儀。除鱗箱提供了測(cè)量無(wú)鱗鋼板溫度的機(jī)會(huì)。在鋼坯進(jìn)入軋機(jī)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。探頭開始測(cè)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(nèi)，并設(shè)置軋制參數(shù)。
   
    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(dá)到zui??；⑵探頭和軋機(jī)機(jī)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(duì)探頭造成損害；⑶水和余鱗在鋼坯表面能夠形成較冷的區(qū)域，從而導(dǎo)致讀數(shù)變化。
     
    輻射測(cè)溫的原則是：測(cè)溫儀只能測(cè)量它所“看"到的目標(biāo)，有兩種方法可解決氣體對(duì)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(duì)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(tǒng)中M1/R1型短波探頭--從而避免水汽吸收的影響；小目標(biāo)尺寸和快速響應(yīng)功能----將瞄準(zhǔn)位于鋼坯表面上的氧化鐵皮和“黑水"中間的熱目標(biāo)，并使信號(hào)處理器使用峰值保持功能，確保溫度測(cè)量在zui大程度上的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，即使目標(biāo)被部分的遮擋或*離開視域，溫度測(cè)量結(jié)果也同樣會(huì)達(dá)到要求，這樣系統(tǒng)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(yīng)盡可能地接近軋機(jī)的入口，這樣可避免來(lái)自冷卻水噴霧和打開過(guò)程中的移動(dòng)的干擾。

    5、應(yīng)用效果
    
    三年來(lái)，濟(jì)鋼中厚板廠在軋鋼過(guò)程中使用紅外測(cè)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)，該廠在生產(chǎn)過(guò)程中全線使用了精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的紅外測(cè)溫儀系統(tǒng)，加強(qiáng)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(jì)效益。