红外测温仪在热连轧中的应用

热连轧生产线所采用的红外测温仪的功能、结构及其特点。
济钢热连轧是一条年产250万吨的半连轧生产线，主要由：两座步进式加热炉，一台带前立辊的四辊可逆式粗轧机，一台切头飞剪，六机架精轧机组，一套带钢层流冷却装置，两台卷取机，一套钢卷运输系统等设备组成。为了测量钢件的表面温度，控制轧件质量，共在四个点设置了红外高温计，分别是粗轧出口、精轧入口、精轧出口、卷取机入口。

1. 基本原理：

一切温度高于*零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射特性：辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。

红外测温亦称红外辐射测温，是一种利用物体自身发射的红外辐射测量物体温度的技术。红外辐射或称红外线是波长位于0. 76μm～1000μm 之间的电磁辐射，对于理想的黑体其单位表面积向半球空间发射的所有波长的总辐射功率(简称全辐射度或辐射强度) 与物体温度的4 次方成正比：

Mb ( T) =σT4 (1)

这就是的斯蒂芬-玻尔兹曼定律。其中σ=5.6697×10-8W/m2K4 称为斯蒂芬- 玻尔兹曼常数。

(1)式用于实际物体，需要乘以辐射率：

Mgb( T) =εσT4

可见任何物体的自发辐射强度Mgb ( T) 与物体的温度和物体的辐射率有关。物体的辐射率ε与其材料的性质(组成成分、金属非金属、晶体非晶体等)、表面状态(表面光滑粗糙、氧化程度、污染或表面涂层等)和物体的温度直接相关。只要能够正确选择物体的辐射率，便可准确得出所测物体的实际温度。

2. 组成结构：

红外测温仪的功能是收集目标的红外辐射能量转换成电信号、经过放大处理后，再利用温度与辐射能量的关系，显示出物体的温度。其基本构成如图1 所示。

红外测温仪是由光学系统、探测单元和信号处理三部分组成的。光学系统的主要作用是收集被测目标的辐射功率,并使其汇聚到红外探测器上。红外探测器的作用是将接收到的红外辐射转换为电信号输出。

热连轧厂采用了LAND公司的M1、M2两个系列的红外测温计。技术参数如表1。

表1

型号 M1 600/1600C M2 300/1000C

测量范围 600～1600℃ 300～1300℃

波长 1um 1.6um

响应时间 5ms 5ms

F:S 100:1 100:1

焦距 0.5m到无穷远 0.5m到无穷远

复现性 ≤1K ≤1K

准确度 0.4% 0.25%+1K

电信号处理部分的作用主要是对探测的微弱信号进行放大,以达到显示或记录被测温度的目的。为了使红外测温仪有较高的输出信噪比,必须要求仪器有较大的光学相对孔径,高灵敏度的探测器,低噪声的电信号处理系统。技术参数如表2。

表2

显示 320×240像素

输出 4～20mA，0～20mA可选

输出更新周期 10ms

吸收率设置 0.05～1.0步长0.001

峰值保持功能 有

求平均值功能 有

曲线描绘功能 有

报警输出功能 有

3. 系统特点：

(1) 非接触测量：它不需要接触到被测温度场的内部或表面,因此,不会干扰被测温度场的状态,测温仪本身也不受温度场的损伤。

(2) 测量范围广：因其是非接触测温,所以测温仪并不处在较高或较低的温度场中,而是工作在正常的温度或测温仪允许的条件下。

(3) 响应时间快：只要接收到目标的红外辐射即可在短时间内定温。

(4) 准确度高:红外测温不会与接触式测温一样破坏物体本身温度分布,因此测量精度高。

(5) 灵敏度高：只要物体温度有微小变化，辐射能量就有较大改变，易于测出。可进行微小温度场的温度测量和温度分布测量，非常适用于高速运动的带钢温度的检测。

(6) 结构简单、使用安全及使用寿命长。

4. 注意事项

现场环境温度宜稳定，避免红外探测器和处理电路产生温漂，因为测温仪示值是在标准环境条件下标定的。因为所用测温仪无内置标校装置，应注意及时标校其读值，以保证读值准确。所以应注意保证冷却护套的水和气的供应，使探头保持在正常工作范围内。

在测温仪的透镜和被测物之间的传播光路上，不可避免的有水滴、尘埃粒子、蒸汽和氧化铁皮等，但由于其探头的波长短，能够很好的避免测量干扰，使温度示值不至偏低或不稳定。即使如此，也应当通过用轴流风扇吹扫减少干扰杂质、改进工艺过程减少氧化铁皮的残留。

发射率是表征物体辐射红外线的能力，它是相同温度和波长下的实际物体与黑体的单色辐射出度之比，所以亦称比辐射率。它是表征物体辐射本领的重要热物性参数，发射率越大，物体表面的辐射能力越强。大部分有机物或金属氧化表面的发射率都在0. 85～0. 98之间。光洁的金属表面或抛光的物体发射率很低。带钢的种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度都是影响发射率的主要因素，所以为了准确测定温度应正确设置不同测量点的发射率，这样才能使测得的带钢表面温度准确。从这点讲，的测量点应是粗轧出口和精轧出口处。

避免强照明光源或太阳直射镜头。因为外来辐射会同样进入测温仪，带来干扰。