輻射高溫計應(yīng)用研究

1、一、原理,輻射高溫計主要是利用光輻射來測量物體溫度，輻射能以波的形式表現(xiàn)出來。,1、基本原理,一、原理,2、黑體輻射定律,波長,發(fā)射率,距離系數(shù),黑體是一種理想化的輻射體，它吸收所有波長的輻射能量，沒有能量的反射和透過，其表面的發(fā)射率為1。,一、原理,2、黑體輻射定律,一、原理,2、黑體輻射定律,一、原理,普朗克定理,,,Pb(λΤ)—黑體的輻射出射度 λ—波長 T—絕對溫度 c1、c2—輻射常數(shù),一、原理,隨著溫度的升高，物體

2、的輻射能量越強,一、原理,,,,隨發(fā)射率變化(非灰體),= 0.9 (灰體),,,,,,相對能量,波長 (微米),= 1.0 (黑體),?,?,?,,一、原理,維恩位移定理,λm,輻射峰值處的波長,A為比例常數(shù)，稱為維恩位移常數(shù) 數(shù)值等于2.8978 × 10–3 m K,溫度升高，輻射峰值向短波方向移動,峰值處的波長λm與絕對溫度Τ 成反比,一、原理,斯特藩—玻耳茲曼定理,,,Pb(T)—溫度為T

3、時，單位時間從黑體單位面積上輻射出的總輻射出射度，稱為總輻射出射度；σ—斯特藩—玻耳茲曼常量；T—物體溫度。,對于一般非黑體,,一、原理,一、原理,3、紅外測溫儀原理,一、原理,一、原理,4、比色測溫原理,一、原理,4、比色測溫原理,一、原理,4、比色測溫原理,二、輻射高溫計分類,工作方式,使用方式,能量傳輸,目標(biāo)數(shù)量,單目標(biāo)線目標(biāo)面目標(biāo),1、基本分類,二、分類,2、分類實例,二、輻射高溫計分類,二、輻射高溫計分類,二、輻

4、射高溫計分類,二、輻射高溫計分類,*1、雷泰 RAYR3I2ML3U、RAYST60XBAP、 RAYMXZTDUVB Raytek Raynger ST60+、RAYFR1BSF003H、RAYFR1ASF001*2、福祿克 RAYST20XBAP、FLUKE 62Mini、ST-60、ST203、蘭德

5、 UNO V1 600/1600C-V、SYSTEM4 M2 300/1100C-V4、常州潞城 DCT2-6016、SCT-060、SCT3-0513-2、SCT3-3014-25、三博中自 CIT-JH6、SITEL *STARLINE M7、POTEX *PT-3058、愛光 5G-1415測量設(shè)備信息_2015_6_16.xls,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用,1、應(yīng)用場合,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用

6、,應(yīng)用實例LAND紅外測溫儀在MULPIC中的應(yīng)用.,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用,2、應(yīng)用實例,中板,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用,2、應(yīng)用實例,特棒,三、鋼鐵企業(yè)應(yīng)用,2、應(yīng)用實例,高線,四、高溫計的使用,確定測量要求，如被測目標(biāo)溫度，被測目標(biāo)大小，測量距離，被測目標(biāo)材料，目標(biāo)所處環(huán)境，響應(yīng)速度，測量精度，用便攜式還是在線式;,1、選型,溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時間等;環(huán)境和工作條件方面，如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;,一

7、般來說，測溫范圍越窄，監(jiān)控溫度的輸出信號分辨率越高，精確度越高，測溫更準(zhǔn)確。測溫范圍過寬，會降低測溫精度，誤差較大。,四、高溫計的使用,1、選型,四、高溫計的使用,1、選型,如果由于客觀原因紅外測溫儀在遠(yuǎn)離目標(biāo)使用，而又要測量小目標(biāo)，就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的紅外測溫儀來保證測溫準(zhǔn)確性。反之，則選擇低光學(xué)分辨率的紅外測溫儀。因為光學(xué)分辨率越高，即D.S比值越大，測溫儀的成本越高。,四、高溫計的使用,1、選型,四、高溫計的使用,四、高溫計的使

8、用,響應(yīng)時間表示紅外測溫儀對被測溫度變化的反應(yīng)速度，定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要的時間，它與光電探測器、信號處理電路以及顯示輸出系統(tǒng)的時間常數(shù)有關(guān)。 確定響應(yīng)時間，主要根據(jù)目標(biāo)的運動速度和目標(biāo)的溫度變化速度。如果目標(biāo)的運動速度或升溫速度很快時，要選用快速響應(yīng)的紅外測溫儀;對于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時，可以放寬測溫儀的響應(yīng)時間要求。,響應(yīng)時間,四、高溫計的使用,1、選型,(2)在各種型號的測溫儀對比性能、功能和價格

9、方面的最佳搭配。選出能夠滿足上述要求的儀器型號，包括維修和校準(zhǔn)性能。,四、高溫計的使用,1、選型,四、高溫計的使用,2、基本參數(shù),測溫范圍/響應(yīng)波長距離系數(shù)（測量距離與目標(biāo)大小）發(fā)射率設(shè)定測量精度/重復(fù)性響應(yīng)時間瞄準(zhǔn)方式（激光、透鏡、視頻、目視、瞄準(zhǔn)燈/鏡）現(xiàn)場環(huán)境要求/輸出方式,四、高溫計的使用,四、高溫計的使用,常州潞城DCT2-7014,四、高溫計的使用,3、波長的選擇,四、高溫計的使用,4、附件的選擇,四、高溫計的使

10、用,4、附件的選擇,三博中自,四、高溫計的使用,5、其它選擇,四、高溫計的使用,某高溫計選型要點,三博中自,四、高溫計的使用,四、高溫計的使用,6、應(yīng)用實例,（1）熱連軋溫度測量,四、高溫計的使用,6、應(yīng)用實例,（2）熱風(fēng)爐溫度測量,四、高溫計的使用,6、應(yīng)用實例,四、高溫計的使用,6、應(yīng)用實例,四、高溫計的使用,6、應(yīng)用實例,問題?,圖片,中板矯直溫度,四、高溫計的使用,7、測量問題,鋼坯溫度的測量,四、高溫計的使用,7、測量問題,（

11、1）測量過程存在的問題,（a）紅外測溫儀受現(xiàn)場高溫、粉塵、振動的影響溫度顯示波 動比較大。 （b）經(jīng)過檢定合格的紅外測溫儀在現(xiàn)場安裝后，受安裝角度的不同，溫度顯示相差太大。 （c）輻射系數(shù)的設(shè)置不好確定，造成溫度測量的不一致。 （d）紅外測溫儀在經(jīng)過使用一定時期使用后，容易出現(xiàn)視值與實際值不符，需要定期比對。 （e）未運用科學(xué)的數(shù)據(jù)分析工具對紅外測溫儀的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析。 （f） 測溫儀在新的環(huán)境下的穩(wěn)定時間不夠。

12、溫差的穩(wěn)定平衡,四、高溫計的使用,7、測量問題,（2）水霧的影響,四、高溫計的使用,7、測量問題,（2）水霧的影響,在輻射測溫方法中，當(dāng)被測表面受到水霧遮蔽時，由于水霧具有隨光譜變化的輻射、吸收和散射輻射特征，使得輻射測溫儀的準(zhǔn)確性大大降低。受到水霧的衰減作用：單色輻射測溫儀的測量值比被測表面真實溫度偏低，出現(xiàn)了負(fù)偏差;而比色輻射測溫儀的測量值卻比被測表面的真實值偏高，出現(xiàn)了正偏差。 隨著被測表面溫度的升高，水霧

13、對兩種輻射測溫儀的影響增大，測溫儀的測量偏差增大。當(dāng)被測表面溫度一定時，水霧粒子數(shù)密度增大，由水霧引起的測量偏差增大。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（3）其它干擾,被測物體表面的影響背景輻射源在鋼板表面的反射與被測物體輻射 來的熱輻射能重疊在一起，這樣就會使其它一些發(fā)熱源的輻射能也進(jìn)人檢測元件，造成測定值偏高。例如太陽光、室內(nèi)照明等。解決方法后續(xù)。輻射高溫計本體的干擾輻射高溫計本身由于受到環(huán)境溫度、濕度、振動、感應(yīng)電源的影響

14、，也會帶來一定誤差。 可以采取的對策是:盡量避開感應(yīng)電源進(jìn)行安裝;檢測器盡量密封，采取水冷系統(tǒng)保持檢測元件在適宜的環(huán)境溫度下;對電氣線路進(jìn)行屏蔽;安裝時盡量消除振動。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（4）瞄準(zhǔn)與調(diào)焦,四、高溫計的使用,7、測量問題,四、高溫計的使用,7、測量問題,當(dāng)被測物體距離儀表1m時，目標(biāo)、前瞄準(zhǔn)孔和后瞄準(zhǔn)上孔的中心三者應(yīng)成一線;當(dāng)被測物體距離儀表超過5m時，目標(biāo)、前瞄準(zhǔn)孔、后瞄準(zhǔn)下孔應(yīng)成一線。,四、

15、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,噴水霧化冷卻段，在儀表前方接窺視管貼近鑄坯表面以防止水霧影響。窺視管側(cè)邊開空接入現(xiàn)場壓縮空氣。,加全包封的不銹鋼水冷套,阻擋來自連鑄坯的輻射熱，使測溫儀工作在允許使用的環(huán)境溫度內(nèi)，防塵、防濕、防腐蝕、防電磁干擾。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,加窺視管在探頭前端加裝開口窺視管，內(nèi)設(shè)一塊石英玻璃和一塊單晶鍺，只允許0. 3~3. 7 µm的紅外

16、波長通過，同時屏蔽掉連鑄坯附近的火焰、煙塵、干擾氣體對探測器的干擾。,加空氣吹掃器該裝置使窺視管內(nèi)保持正壓氣流，防止火焰、煙塵等進(jìn)入窺視管。它可以把環(huán)境中的粉塵、水蒸汽吹走，吹出一條清潔的光學(xué)通路，減小通路內(nèi)氣氛對輻射能的吸收，確保測溫精度。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀的安裝,測溫儀的安裝最好在垂直于被測物體的基礎(chǔ)上，采用背光的安裝為最好，使測溫儀光軸盡量垂直于鋼板，使被測物表面的輻射能量損失減至

17、最少，減少測量誤差。,小于30度角(極限45角）,安裝距離越近允許檢測物跳動越大。,被測物的溫度越高，允許安裝的距離越遠(yuǎn)。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀的安裝,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀的安裝,四、高溫計的使用,7、測量問題,測溫儀的安裝 從設(shè)計人員的角度看,四、高溫計的使用,7、測量問題,測溫儀的安裝

18、 從設(shè)計人員的角度看,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀的安裝,確定非接觸式探頭的合理位置，使得來自除鱗箱的噴霧和氧化物的存在的影響達(dá)到最小。探頭和軋機機座也要保持安全距離，以防止鋼板在軋制過程中氧化物的噴濺對探頭造成損害。 避開水和余鱗在鋼坯表面能夠形成較冷的區(qū)域，防止讀數(shù)誤差大。由于熱流一般向上流動，因此不要把測頭裝在目標(biāo)的上方。由于塵土一般會下落，因此不要把測頭自下向上瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

19、像鋼絲鋼條這類對小目標(biāo)的測量應(yīng)用，若選擇水平方向瞄準(zhǔn)，應(yīng)選在其支撐點附近瞄準(zhǔn);否則反而應(yīng)由上向下瞄準(zhǔn)目標(biāo)，以避免抖動對測量的影響。選擇適當(dāng)?shù)膶?zhǔn)方向，可避免其它發(fā)熱體的反射。強光直射被測目標(biāo)會影響測溫穩(wěn)定性，即便目標(biāo)還未加溫也會讓儀器在測溫下限附近波動。因此應(yīng)當(dāng)用遮擋物擋住直射強光。高溫環(huán)境下應(yīng)選配水冷套。配合環(huán)溫顯示觀察是否符合環(huán)溫<60度的要求。若環(huán)溫仍然較高，可在鏡頭前面離鏡頭1cm- 2cm處，加上帶孔反光金屬板，

20、阻擋目標(biāo)高溫輻射到測頭外殼。金屬板應(yīng)與其它金屬體相連以增強散熱效果。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀輻射系數(shù)的設(shè)定,,采用檢定合格的手持式紅外測溫儀與二次表顯示數(shù)值進(jìn)行比對，通過不同的輻射系數(shù)設(shè)定來確定紅外測溫儀最終的系數(shù)范圍。,四、高溫計的使用,7、測量問題,（5）提高測量準(zhǔn)確度的途徑,測溫儀輻射系數(shù)的設(shè)定,,其它方法是用一熱電偶和該儀表同時對被測物體表面進(jìn)行測量，同時調(diào)節(jié)該儀表上發(fā)射率調(diào)節(jié)旋鈕，

21、直到儀表上的顯示值與熱電偶測出的溫度值一致，此時儀表上的發(fā)射率旋鈕所指的數(shù)值即為被測物體表面發(fā)射率的近似值。,四、高溫計的使用,8、高溫計的操作,,（1）操作內(nèi)容,四、高溫計的使用,8、高溫計的操作,,（2）基本術(shù)語,四、高溫計的使用,8、高溫計的操作,,四、高溫計的使用,8、高溫計的操作,,四、高溫計的使用,8、高溫計的操作,,四、高溫計的使用,（3）測溫儀測量過程的控制,設(shè)備、測量方法、操作人員及測量結(jié)果等要素進(jìn)行控制。,MS

22、A系統(tǒng)對測量系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并判定是否穩(wěn)定。當(dāng)判定測量參數(shù)或測量系統(tǒng)發(fā)生偏離時，由生產(chǎn)/管理部門組織分析偏離原因并制定糾偏措施，,8、高溫計的操作,四、高溫計的使用,（3）測溫儀測量過程的控制,8、高溫計的操作,五、高溫計的檢定,1、規(guī)程 JJG 415-2001 工作用輻射溫度計檢定規(guī)程.,五、高溫計的檢定,1、規(guī)程 JJG 67-2003 工作用全輻射溫度計檢定規(guī)程.,五、高溫計的檢定,1、規(guī)程 JJG 67-2003

23、工作用全輻射溫度計檢定規(guī)程.,五、高溫計的檢定,1、規(guī)程 JJG 856-1994 500℃以下工作用輻射溫度計.,五、高溫計的檢定,2、,五、高溫計的檢定,3、黑體爐輻射溫度計校準(zhǔn)的幾個問題,在檢定規(guī)程JJG415—2001中，要求標(biāo)準(zhǔn)和被校輻射溫度計光學(xué)鏡頭聚焦到黑體爐的靶面上，即黑體爐的爐底。這對不等溫黑體來說，均以靶面為準(zhǔn)，而對等溫黑體來說，情況就不一樣，下面就等溫黑體的情況來進(jìn)行分析。對輻射溫度計，在校準(zhǔn)過程中，要求被測物

24、體的輻射面積要充滿整個視場，現(xiàn)在根據(jù)校準(zhǔn)情況，畫出測量的光路示意圖見圖。輻射溫度計的光路一般有兩種形式，即變焦距和定焦距。圖a所示為測溫儀光路是變焦距，并聚焦到黑體腔底。從光路圖可看出，通過黑體腔口的面積比到腔底的大，對于等溫黑體，只要腔口充滿視場，測量的溫度就準(zhǔn)確。沒有必要將鏡頭聚焦到腔底。如果鏡頭聚焦到黑體腔底，當(dāng)黑體腔和黑體的前沿段都較長時，為了滿足測溫的要求，這勢必要增加管式黑體的內(nèi)徑和腔口直徑，否則，腔口的尺寸就不能充滿測溫

25、儀的視場，測溫就不準(zhǔn)確。在實際校準(zhǔn)中，當(dāng)黑體爐溫度保持不變時，將輻射溫度計的鏡頭聚焦到腔口后，顯示溫度值；繼續(xù)將鏡頭延伸，顯示值保持不變；直到某個位置，腔口尺寸不能充滿視場時，溫度開始下降。測量中，聚焦正確所得出的溫度值，總是測量最高值。,五、高溫計的檢定,3、黑體爐輻射溫度計校準(zhǔn)的幾個問題,五、高溫計的檢定,3、黑體爐輻射溫度計校準(zhǔn)的幾個問題,五、高溫計的檢定,五、高溫計的檢定,3、黑體爐輻射溫度計校準(zhǔn)的幾個問題,五、高溫計的檢定,

26、3、黑體爐輻射溫度計校準(zhǔn)的幾個問題,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,替代JJG 856-1994《500℃以下工作用輻射溫度計》、JJG 415-2001《工作用輻射溫度計》和JJG 67-2003《工作用全輻射溫度計》檢定規(guī)程。與JJG 856、JJG 415和JJG 67相比，主要技術(shù)變化如下：—適用于工作用輻射溫度計的全溫區(qū)檢定，對計量標(biāo)準(zhǔn)、檢定方法提出統(tǒng)一要求；—增加了新的術(shù)語，對部分術(shù)語重新進(jìn)行定義修改了部分已有術(shù)語的

27、定義（3.1）；—將黑體輻射源或它與參考溫度計的組合作為計量標(biāo)準(zhǔn)器，允許采用面輻射源，增加了紅外波長亮度溫度溯源方法，規(guī)定了不同技術(shù)指標(biāo)的黑體輻射源的適用使用條件（7.1）；,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,—明確了檢定距離的確定方法（附錄A）和被檢輻射溫度計的瞄準(zhǔn)方法（附錄B）；—檢定結(jié)果增加了發(fā)射率修正（7.3）要求，采用了適用于全部溫度范圍和光譜范圍不局限于短波高溫測量的修正方法（附錄C）；—增加了輻射源尺寸效應(yīng)修正方法

28、（附錄E）；—增加了檢定數(shù)據(jù)處理示例（附錄G）；—針對主要計量標(biāo)準(zhǔn)形式和被檢輻射溫度計類型，提供了適用于擴展后的計量標(biāo)準(zhǔn)和全溫區(qū)檢定的不確定度分析依據(jù)和評定方法和示例（附錄J）。,五、高溫計的檢定,3、新規(guī)程的編制,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,五、高溫計的檢定,4、新規(guī)程的編制,五、探究與總結(jié),控制手段？,測量過程的控制？,設(shè)備,人員,環(huán)境,驗證,五、探