Застосування інфрачервоного термометра в сталепрокатному виробництві
1. Введення
У сучасному процесі виробництва сталевого прокату, щоб забезпечити фізичну якість сталевого листа, контрольована прокатка та охолодження сталевого листа потребує певних засобів вимірювання та визначення температури. Характеристики високої точності та високої надійності інфрачервоного термометра можуть забезпечити ефективне, точне та надійне вимірювання температури сталевої пластини, щоб покращити якість продукції, зменшити споживання та підвищити продуктивність.
2. Склад інфрачервоного термометра
Інфрачервоні термометри, також відомі як термометри інфрачервоного випромінювання, визначають температуру вимірюваного об’єкта шляхом вимірювання електромагнітного випромінювання об’єкта, яке походить від енергії, що міститься в об’єкті. Для промислового застосування ми маємо справу з інфрачервоним випромінюванням, що поширюється від коротших довжин хвиль видимого світла до інфрачервоного світла до 20 мкм. Таким чином, інфрачервоний термометр (радіаційний термометр) — це пристрій, який кількісно визначає енергію випромінювання та використовує вихідний електричний сигнал для визначення відповідної температури.
2.1 Оптична система
Оптична система є важливою частиною інфрачервоного термометра. Його основними функціями є: конвергенція випромінюваної енергії, наведення на ціль, що підлягає вимірюванню, визначення поля зору термометра та певний ефект герметизації внутрішньої сторони термометра.
2.2 Інфрачервоний детектор
Інфрачервоний детектор є основною частиною інфрачервоного термометра. Інфрачервоний детектор отримує енергію випромінювання вимірюваного об'єкта через лінзу об'єктива, перетворює енергію випромінювання в електричний сигнал і, нарешті, отримує температуру поверхні вимірюваного об'єкта шляхом подальшої обробки.
2.3 Обробка сигналу
Інфрачервоний детектор перетворює інфрачервоне випромінювання в електричний сигнал, який надсилається до частини обробки сигналів і вводиться в мікропроцесор через попередній підсилювач і аналого-цифрове перетворення. У той же час сигнал компенсації температури навколишнього середовища також надходить на вхід до мікропроцесора, який лінеаризується мікропроцесором. Після обробки, компенсації навколишнього середовища та корекції коефіцієнта випромінювання виходить скоригований вихідний сигнал.
2.4 Відображення
У практичних застосуваннях сигнал температури, що надається процесором, використовується двома способами: перший полягає у відображенні його на дисплеї; інший - надсилати температурний сигнал до промислової системи управління для реалізації контролю виробничого процесу, і є також два способи використовувати його одночасно.
Різні типи термометрів можуть відображати значення в реальному часі, максимальні значення, мінімальні значення, середні значення та різниці, а також можуть відображати встановлені значення коефіцієнта випромінювання, встановлені значення сигналізації тощо, а також можуть відображати температурні криві та теплові карти після програмної обробки чекати. Найпоширеніші термометри зі струмовим виходом 0-20мА або 4-20мА. Якщо потрібен сигнал напруги, сигнал струму також можна перетворити та масштабувати.
3. Підбір інфрачервоного термометра
У промислових застосуваннях між пірометром і вимірюваною мішенню часто є певні середовища, які можуть послабити або навіть повністю блокувати випромінювання поверхневої енергії вимірюваної цілі, і пірометр може вимірювати лише ту ціль, яку він «бачить». Наші стаціонарні термометри, які зазвичай використовуються, в основному включають такі категорії:
① Широкосмуговий термометр, або широкосмуговий термометр, його спектральний діапазон відгуку обмежений оптичною системою, яка в основному використовується для вимірювання низької температури, оснащена детектором із широким діапазоном спектрального відгуку.
② Виберіть смуговий термометр, його довжина хвилі відгуку обмежена фільтром, а смугу відгуку детектора можна вибрати відповідно до потреб програми.
③ Короткохвильовий термометр може зменшити похибку вимірювання при зміні коефіцієнта випромінювання. Коротка хвиля, згадана тут, є відносною, і це може бути довжина хвилі 0,6 мкм при температурі 1500 К або довжина хвилі 3 мкм при температурі 300 К.
④ Колориметричні термометри, також відомі як двоколірні термометри, дають кращі результати вимірювань при використанні в «дуже брудній атмосфері».
При виборі термометра, крім необхідного температурного діапазону, два параметри термометра «відсоток зміни температури» і «відсоток зміни коефіцієнта випромінювання» також дуже важливі для точного вибору термометра:
① Відсоток зміни температури на термометрі стосується зміни вихідного значення об’єкта через зміну температури. Для інфрачервоних термометрів чим більше відсоток зміни температури, тим вище його чутливість.
② Відсоток зміни коефіцієнта випромінювання означає зміну вихідного значення приладу, коли змінюється коефіцієнт випромінювання вимірюваної цілі. Оскільки коефіцієнт випромінювання сталевого листа змінюється випадковим чином у певному діапазоні при певній довжині хвилі та температурі під час процесу прокатки сталі, зміна вихідного значення термометра, викликана зміною коефіцієнта випромінювання, не є справжньою зміною температури мішені. Тому також необхідно відрегулювати відсоток зміни коефіцієнта випромінювання.
4. Конкретне застосування
Візьмемо для прикладу вимірювання температури на Цзинаньському заводі залізної та сталевої обробки під час контрольованої прокатки та контрольованого охолодження в процесі чорнового стану: загалом чотири комплекти інфрачервоних термометрів LAND встановлено після камери видалення накипу, перед чорновим станом, а також перед і після пристрою охолодження водяної завіси після чорнового млина. Камери для видалення накипу надають ідеальну можливість вимірювати температуру сталевих пластин без накипу. Перед тим, як сталева заготовка потрапить на прокатний стан, майже вся залізна окалина тощо змивається розпиленням води під високим тиском, що забезпечує чисту поверхню для процесу прокатки. Зонд починає вимірювати реальну температуру на поверхні сталевого листа, щоб переконатися, що ця температура знаходиться в межах межі прокатки, і встановити параметри прокатки.
Основні проблеми, з якими виникли: (1) визначити правильне положення безконтактного зонда, щоб мінімізувати вплив спрею з коробки для видалення накипу та наявність оксидів; (2) зонд і кліть млина також повинні триматися на певній відстані, щоб запобігти розбризкуванню оксидів під час процесу прокатки сталевого листа, що призведе до пошкодження зонда; (3) вода та залишковий накип можуть утворювати холоднішу область на поверхні заготовки, що призводить до змін у показаннях.
Принцип радіаційного вимірювання температури такий: термометр може вимірювати лише ту ціль, яку він «бачить». Існує два способи вирішення проблеми поглинання випромінювання газом. Один з них полягає у використанні візуальної трубки та продувки повітря для забезпечення бездротової перешкоди на візуальному шляху; інший — вибрати робочий діапазон, на який середовище не впливає. У відповідь на ці проблеми ми вибрали короткохвильові зонди M1/R1 у системі LAND product SYSTEM з високою якістю та репутацією - щоб уникнути впливу поглинання водяної пари; невеликий розмір мішені та функція швидкого відгуку - спрямована на окислення на поверхні заготовки. Гаряча мішень між листом заліза та "чорною водою" змушує процесор сигналів використовувати функцію утримання пікового значення для забезпечення точності та безперервності вимірювання температури. Максимальна ступінь, навіть якщо ціль частково закрита або повністю поза полем зору, вимірювання температури. Результат також відповідатиме вимогам, щоб на виході системи можна було відстежувати реальну температуру сталевої пластини; вихід датчика високого рівня послаблює вплив електронних перешкод, і цей вихід можна безпосередньо використовувати як відображення кінцевої температури; Розташування зонда має бути якомога ближче до входу в млин, це дозволяє уникнути перешкод від бризок охолоджуючої води та руху під час відкриття.
