Uporaba infrardečega termometra v proizvodnji jekla
1. Uvod
V sodobnem proizvodnem procesu valjanja jekla, da bi zagotovili fizično kakovost jeklene plošče, nadzorovano valjanje in hlajenje jeklene plošče zahteva določena sredstva za merjenje in zaznavanje temperature. Značilnosti visoke natančnosti in visoke zanesljivosti infrardečega termometra lahko zagotovijo učinkovito, natančno in zanesljivo merjenje temperature jeklene plošče, da se izboljša kakovost izdelka, zmanjša poraba in poveča produktivnost.
2. Sestava infrardečega termometra
Infrardeči termometri, znani tudi kot termometri z infrardečim sevanjem, določajo temperaturo merjenega predmeta z merjenjem elektromagnetnega sevanja predmeta, ki izhaja iz energije, ki jo vsebuje predmet. Za industrijsko uporabo se ukvarjamo z infrardečim sevanjem, ki sega od krajših valovnih dolžin vidne svetlobe do infrardeče svetlobe do 20 μm. Zato je infrardeči termometer (sevalni termometer) naprava, ki kvantificira sevalno energijo in uporablja izhod električnega signala za izražanje ustrezne temperature.
2.1 Optični sistem
Optični sistem je pomemben del infrardečega termometra. Njegove glavne funkcije so: konvergenca sevalne energije, usmerjanje na cilj, ki ga je treba izmeriti, določanje vidnega polja termometra in določen učinek tesnjenja na notranji strani termometra.
2.2 Infrardeči detektor
Infrardeči detektor je osrednji del infrardečega termometra. Infrardeči detektor sprejme sevalno energijo merjenega predmeta skozi lečo objektiva, pretvori sevalno energijo v električni signal in na koncu z naknadno obdelavo pridobi temperaturo površine merjenega predmeta.
2.3 Obdelava signala
Infrardeči detektor pretvarja infrardeče sevanje v električni signal, ki se pošlje v del za obdelavo signalov in se vnese v mikroprocesor preko predojačevalnika in A/D pretvorbe. Istočasno se v mikroprocesor vnese tudi signal kompenzacije temperature okolja, ki ga mikroprocesor linearizira. Po obdelavi, okoljski kompenzaciji in korekciji emisij se pridobi popravljeni izhodni signal.
2.4 Izhod zaslona
V praktičnih aplikacijah se temperaturni signal, ki ga zagotovi procesor, uporablja na dva načina: prvi je, da se prikaže na zaslonu; drugi je pošiljanje temperaturnega signala industrijskemu nadzornemu sistemu za uresničitev nadzora proizvodnega procesa, obstajata pa tudi dva načina za istočasno uporabo.
Različni tipi termometrov lahko prikazujejo vrednosti v realnem času, najvišje vrednosti, minimalne vrednosti, povprečne vrednosti in razlike ter lahko prikazujejo tudi nastavljene vrednosti emisij, nastavljene vrednosti alarma itd., prav tako pa lahko prikažejo temperaturne krivulje in toplotne karte po programski obdelavi čakati. Najpogosteje uporabljeni termometri so 0-20mA ali 4-20mA tokovnega izhoda. Če je potreben napetostni signal, je mogoče pretvoriti in skalirati tudi tokovni signal.
3. Izbira infrardečega termometra
V industrijskih aplikacijah so pogosto med pirometrom in merjeno tarčo nekateri mediji, ki lahko oslabijo ali celo popolnoma blokirajo sevanje površinske energije merjene tarče, pirometer pa lahko meri samo tarčo, ki jo »vidi«. Naši pogosto uporabljeni fiksni termometri vključujejo predvsem naslednje kategorije:
① Širokopasovni termometer ali širokopasovni termometer, njegovo spektralno območje odziva je omejeno z optičnim sistemom, ki se večinoma uporablja za merjenje nizke temperature, opremljen z detektorjem s širokim spektralnim odzivnim območjem.
② Izberite pasovni termometer, njegova odzivna valovna dolžina je omejena s filtrom, odzivni pas detektorja pa lahko izberete glede na potrebe aplikacije.
③ Kratkovalovni termometer lahko zmanjša merilno napako, ko se spremeni emisijska sposobnost. Tu omenjeni kratki valovi so relativni in so lahko valovne dolžine 0,6 μm pri temperaturi 1500 K ali valovne dolžine 3 μm pri temperaturi 300 K.
④ Kolorimetrični termometri, znani tudi kot dvobarvni termometri, imajo boljše rezultate meritev pri uporabi v "zelo umazanem ozračju".
Pri izbiri termometra sta za pravilno izbiro termometra poleg zahtevanega temperaturnega območja zelo pomembna tudi dva parametra termometra "odstotek spremembe temperature" in "odstotek spremembe emisivnosti":
① Odstotek spremembe temperature termometra se nanaša na spremembo izhodne vrednosti predmeta zaradi spremembe temperature. Za infrardeče termometre velja, da večji kot je odstotek temperaturne spremembe, večja je njegova občutljivost.
② Odstotek spremembe emisije se nanaša na spremembo izhodne vrednosti instrumenta, ko se spremeni emisija izmerjene tarče. Ker se emisivnost jeklene plošče naključno spreminja v določenem območju pri določeni valovni dolžini in temperaturi med postopkom valjanja jekla, sprememba izhodne vrednosti termometra, ki jo povzroči sprememba emisivnosti, ni dejanska temperaturna sprememba cilja. Zato je treba prilagoditi tudi odstotek spremembe emisivnosti.
4. Posebna uporaba
Vzemimo za primer zaznavanje temperature v obratu za železo in jekleno pločevino Jinan med nadzorovanim valjanjem in nadzorovanim hlajenjem v procesu grobe obdelave: skupno štirje nizi infrardečih termometrov LAND so nameščeni za škatlo za odstranjevanje vodnega kamna, pred valjarno za grobo obdelavo ter pred in po hladilni napravi za vodno zaveso po mlinu za grobo obdelavo. Komore za odstranjevanje vodnega kamna nudijo odlično priložnost za merjenje temperature jeklenih plošč brez skale. Preden jeklena gredica vstopi v valjarno, se skoraj ves železni kamen itd. spere z vodnim pršenjem pod visokim pritiskom, kar zagotavlja čisto površino za postopek valjanja. Sonda začne meriti dejansko temperaturo na površini jeklene plošče, da zagotovi, da je ta temperatura znotraj meje valjanja in nastavi parametre valjanja.
Glavne težave, s katerimi se srečujete, so: (1) določite primeren položaj brezkontaktne sonde, tako da sta vpliv pršila iz posode za odstranjevanje vodnega kamna in prisotnost oksidov čim manjša; (2) Sonda in stojalo mlina morata biti tudi na določeni razdalji, da preprečite, da bi škropljenje oksidov med postopkom valjanja jeklene plošče povzročilo poškodbo sonde; (3) voda in ostanki vodnega kamna lahko tvorijo hladnejše območje na površini gredice, kar povzroči spremembe v odčitkih.
Načelo merjenja temperature sevanja je: termometer lahko meri samo tarčo, ki jo »vidi«. Absorpcijo sevanja s plinom lahko rešimo na dva načina. Ena je uporaba cevke in prezračevalnika zraka za zagotavljanje brezžične ovire na vidni poti; drugo pa je izbrati delovni pas, na katerega medij ne vpliva. Kot odgovor na te težave smo v sistemu LAND product SYSTEM izbrali kratkovalovne sonde M1/R1 z visoko kakovostjo in ugledom - da se izognemo vplivu absorpcije vodne pare; majhna velikost tarče in funkcija hitrega odziva – ciljala bo na oksidacijo na površini gredice. Vroča tarča med železno pločevino in "črno vodo" in poskrbi, da signalni procesor uporabi funkcijo zadrževanja vrhov, da zagotovi natančnost in kontinuiteto merjenja temperature do v največji meri, tudi če je tarča delno zakrita ali popolnoma izven vidnega polja, merjenje temperature. Rezultat bo izpolnjeval tudi zahteve, tako da lahko izhod sistema sledi dejanski temperaturi jeklene plošče; visokonivojski izhod sonde oslabi vpliv elektronskih motenj in ta izhod se lahko neposredno uporabi kot prikaz končne temperature; položaj sonde mora biti čim dlje Čim bližje vhodu v mlin, s tem se izognete motnjam zaradi pršenja hladilne vode in premikanja med odpiranjem.
