紅外線測溫儀在軋鋼生產中的應用

 1、前言

    在現代化軋鋼生產過程中，為保證鋼板的實物質量，對鋼板進行控軋控冷，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，從而提高產品質量，降低消耗，提高生產率。
 
    2、紅外測溫儀的構成
   
    紅外測溫儀又稱為紅外輻射測溫儀，是通過測量物體的電磁輻射來確定被測物體的溫度,該電磁輻射來源于物體內部所蘊含的能量。對于工業應用來說，我們所涉及到的是由可見光的較短波長延伸到紅外光直至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，光學系統，紅外探測器、信號處理部分、顯示輸出部分。見圖1：

2.1 光學系統
      
    光學系統是紅外測溫儀的重要組成部分，主要作用為：輻射能量的會聚，取被測目標實施瞄準，決定測溫儀的視場，同時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，經前置放大器，A/D變換輸入到微處理器，同時環境溫度補償信號也輸入微處理器，經微處理器進行線性化處理，環境補償、輻射率修正后得到校正后的輸出信號。
  
    2.4 顯示輸出
     
    在實際應用中，處理器提供的溫度信號通過兩種方式使用：其一是通過顯示器顯示；另一種是將溫度信號輸送到工業控制系統來實現生產過程的控制，也有兩種同時采用的。
     
    不同類型的測溫儀可提供顯示實時值、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，經軟件處理還可以顯示溫度曲線、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
    
    在工業應用中，測溫儀與被測目標之間經常存在一些介質，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：

    ① 寬波段測溫儀，或稱寬帶測溫儀，它的光譜響應范圍由光學系統來限定，主要用來測量低溫、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，能減少測量誤差。這里所說的短波是相對的,可以是在1500K的溫度時,0.6μm的波長,或是在300K的溫度時,3μm的波長.
    ④ 比色測溫儀，又稱雙色測溫儀，在“很臟的大氣"中使用時測量效果較好。
   
    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的輸出值的變化。對于紅外測溫儀來講，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，是指當被測目標的輻射率變化時，所帶來的儀器輸出值的變化。由于軋鋼過程中，鋼板在一定波長及一定溫度下，輻射率在一定內隨機變化，由該輻射率的變化所帶來的測溫儀輸出值的變化并非是目標的真實溫度變化。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
    
    以濟鋼中厚板廠在粗軋機過程控軋控冷時的溫度檢測為例：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鱗鋼板溫度的機會。在鋼坯進入軋機前幾乎所有的氧化鐵皮等都被高壓水噴霧沖走，為軋制過程提供了清潔的表面。探頭開始測量鋼板表面的真實溫度，以確保這個溫度在軋制限度之內，并設置軋制參數。
   
    遇到的主要問題是：⑴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到zui?。虎铺筋^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；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，一種是用一個窺視管和空氣吹掃器來提供一個無障礙的視覺路徑；另一種是選擇一個不被介質影響的操作波段。針對這些問題，我們選用了質量信譽高的LAND產品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*離開視域，溫度測量結果也同樣會達到要求，這樣系統輸出就能追蹤鋼板的真實溫度了；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，這樣可避免來自冷卻水噴霧和打開過程中的移動的干擾。

    5、應用效果
    
    三年來，濟鋼中厚板廠在軋鋼過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，提高了鋼板軋制質量。同時，該廠在生產過程中全線使用了精度高、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，具有明顯的經濟效益。