热电偶式测温仪

电子产品的温度测量机理与方法 在电子产品设计定型时，为防止表面温度过高伤害用户或由于温度超出材料件所能承受的限值而导致着火、绝缘失效和触电危险，需要分别在正常工作状态和模拟故障状态下对设备各个部分的温度进行测试，目前一般采用热电偶测量或外加红外测温监控的方式进行。 热电偶通过把非电学量(温度)转化成电学量(电动势)来测量，这种方法有许多优点，如测温范围宽、灵敏度和准确度较高、结构简单不易损坏、受热点可做得很小等，因其对温度变化响应快，对测量对象的状态影响小，可以用于温度场的实时测量和监控。热电偶的温差电动势虽然主要取决于所选用的材料和两个接头的温度，但材料中所含的杂质和加工工艺过程也会对它产生一定的影响，所以，尽管是由相同材料组成的热电偶，它们的温差电动势与温度的关系却可能不完全相同。对于每一支热电偶的选择要根据使用温度范围、所需精度、使用环境、响应时间和经济效益来综合考虑。温度在1000~1300℃并且精度要求比较高的，可用S型热电偶和N型热电偶；1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶；低于400℃一般用E型热电偶；250℃以下和负温测量一般用T型 电偶，在低温时稳定而且精度高；S型、B型、K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用；J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛，有化学污染的环境要求有保护管；铠装热电偶响应时间快，而且有一定的耐久性。 焊好的热电偶都应先进行分度，即测定出温差电动势与温度间的确定关系，然后才能用它来测量温度。采用补偿导线用它们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。合金丝是构成补偿导线的导体，可分为两种：延长型合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用热电偶丝相同，用字母“X”附加在热电偶分度号之后表示；补偿型合金丝的名义化学成分与配用热电偶丝不同，但其热电势值在0~100℃或0~200℃时，与配用热电偶丝标称值相同，用字母“C”附加在热电偶分度号之后表示。在使用之前，应将热电偶的内部绝缘体从顶端向后剥露约1.5mm，外部绝缘体则从顶端向后剥约15mm，顶端用单点焊接来连接后与要测处相连。为了达到与被测点同样的温度，接点要与被测部件的表面紧密接触。现在一般通过胶合、焊接等方法固定，胶合法将高龄粉和硅酸钠溶液以同等比例相混合，再与氰丙烯酸酯胶合。在胶合前应固定热电偶的位置，对于焊接剂易于黏附的金属表面，采用焊接法在热传导性方面优于胶合法。 接下来谈谈红外测温技术。高温区是位于光带最边缘处红光的外面，称为“热线”或者红外线，红外线的波长在0.76_100μm之间，按波长的范围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外4类，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大，反之，辐射的能量愈小。红外测温仪是通过接收物体发出的红外线(红外辐射)，从而准确判断物体表面的温度分布情况。和接触式测温方法相比，红外测温有非接触、响应时间快、使用安全及使用寿命长等优点。红外测温仪器主要有3种类型：红外热像仪、红外热电视和红外测温仪(包括便携式、在线式和扫描式)。红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光机扫描系统，接受被测目标的红外辐射能量，并反映到红外探测器的光敏元件上。 红外热电视是将被测目标的红外辐射线通过透镜聚焦成像到热释电摄像管，热释电摄像管是一种具有中等分辨率的实时宽谱成像器件，主要由透镜、靶面和电子枪三部分组成。通过热释电摄像管接受被测目标物体的表面红外辐射，并把目标内热辐射分布的不可见热图像转变成视频信号。 常用的便携红外测温仪是由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理显示输出等部分组成，光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号再经换算转变为被测目标的温度值，其测量精度可达1度或更高。我们要根据被测设备尺寸和环境条件从测温范围、测量精度、工作波长、响应时间、光学分辨率、显示和输出、价格等方面来选用便携红外测温仪。测温范围是最重要的一个性能指标，不同型号的测温仪都有自己特定的测温范围，一般来说，测温范围越窄监控温度的输出信号分辨率越高，测温范围过宽会降低测量精度。如果被测设备尺寸超过视场大小的50%，测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响造成误差，可以选择单色测温仪；反之，如目标尺寸小于视场，双色测温仪是最佳选择，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的。因此当被测目标很小，即使测量通路上存在烟雾、尘埃、阻挡对辐射能量有衰减时，仍能保证测量精度。由于设备组成材料的发射率和表面特性不同，测温仪的光谱相应波长也不同，如测量高温金属材料的最佳波长是近红外，可选用0.8~1.0mm，测温时应尽量选用短波。在测量快速加热的目标时，要选用快速响应红外测温仪，否则缺乏足够的信号响应，会降低测量精度。而对于静止的或目标热过程存在热惯性时，测温仪的响应时间就可以放宽要求了。需要强调的是红外测温仪必须经过校准才能使它正确地显示出被测目标的温度，特别是要进行定期检定，试验人员在实际运用过程中也要不断积累经验和掌握测试技巧，避免读数偏差而得出错误结果。

随着高专板、品种板的研发，为了保证产品质量的要求，满足客户的需求，控温轧制成为决定钢板机械性能的一个重要的因素。因此，我厂把终轧温度列为关键测量点，并对其进行有效的控制。实际工艺要求测量仪器必须是非接触式、响应快、稳定性好和寿命长的产品。如何保证选用的红外测温仪正常运转，确保温度测量的准确，为生产过程及产品质量控制提供一个可靠的数据支持成为一个难题。本文通过对红外测温仪的选型、辐射系数设定、安装位置的确定等方面的应用进行了试验和探讨，积累了一些经验，并取得了满意的效果。1 红外测温仪在轧钢生产应用过程中存在的问题(1)红外测温仪受现场高温 、粉尘 、振动的影响温度显示波动比较大。(2)经过检定合格的红外测温仪在现场安装后，受安装角度的不同，温度显示相差太大。(3)辐射系数的设置不好确定，造成温度测量的不一致。(4)红外测温仪在经过使用一定时期使用后，容易出现视值与实际值不符，现场完全靠工人经验生产，需要定期比对。(5)未运用科学的数据分析工具对红外测温仪的测量数据进行研究分析。2 红外测温仪在轧钢生产过程中应用问题的解决方案2.1 红外测温仪的选型由于轧钢系统现场环境复杂，钢坯在经过加热炉加热后容易导致钢坯表面产生一些氧化铁皮。另外，由于现场高压水对钢板表面的除磷，容易造成钢板周围存在大量的水蒸气。因此，红外测温仪的选型成为保证数据的基础，具体实施如下：(1) 红外测温仪存在质量问题，其防护等级偏低，现场湿度大、水气渗透至仪表内部，损坏器件。导致无输出信号和无显示，数据传输滞后等故障，而现场的高温环境对红外测温仪的高温烘烤容易导致红外测温仪的损坏及探头表面黏附灰尘，必须人工不定期拿酒精棉球擦拭清洗，并且用手持式红外测温仪每月与现场红外测温仪进行校准、比对。因此，红外测温仪的选型必须考虑到能否适应现场潮湿、脏的影响。(2)为了尽可能地减少测量现场的烟尘 、水气以及距离变化、物体局部被遮挡等因素的影响而发展起来的红外测温仪，从工作原理分析全辐射、亮度式以及双色红外测温仪的优缺点，利用双色红外测温仪不是根据直接接受到的物体热辐射能量的大小来判别温度，而是分别接受物体红外热辐射中的两个相邻波长的能量，并求其比，在根据这个比值的大小来确定物体的温度的特点，我厂选择了LAND SYSTEM4 系列双色红外测温仪进行现场测温。综上所述，现场红外测温仪最好采用封闭风冷式防护罩，使红外测温仪始终处在一个干燥、密闭的工作环境，这样初步解决了现场水蒸气、高温对红外测温仪的影响。2.2 红外测温仪的安装准确的测温与测温仪的安装位置及其密切。为了测得带钢温度变化的真实情况必须根据现场情况采用合适的安装位置，同时安装方式的选择对测温的准确与否也是至关重要的。经过现场调研和与专家探讨，初步定位红外测温仪的安装最好在垂直于被测物体的基础上，采用背光的安装为最好，使测温仪光轴尽量垂直于钢板，使钢板表面的辐射能量损失减至最少，减少测量误差。2.3 红外测温仪辐射系数的设定红外测温仪的选型和安装仅仅是保证红外测温仪测得数据的基础，其辐射系数的设定恰恰是红外测温仪测得真实数据的关键。为了更好的设定辐射系数，保证数据的有效性，借鉴原有的经验和参考相关书籍，我厂结合生产实际过程做了一个验证。即：模仿现场工艺环境，建立一个模拟加热炉，通过热电偶连接检定合格的二次数显表显示炉内温度，采用检定合格的手持式红外测温仪与二次表显示数值进行比对，通过不同的辐射系数设定来确定红外测温仪最终的系数范围。应用单因子方差分析法分析红外测温仪、热电偶测量结果的一致性关系与辐射系数的关系(见图1)。http://a-403849-80-3887732287.www-jlck-cn.anquanbao.cn/files/file/2012/9/5/200(1).jpg由图可以看出，ε=0.85 时，红外测温仪和热电偶测量结果的一致性最好 ;ε=0.83、0.87时，温度差分别为16.2583℃ 、8.76667℃，红外测温仪和热电偶测量结果的一致性也较好。结论：通过比对得出，测量带有氧化层的钢板、钢坯时，将辐射系数设置为0.83～0.87 是比较合理的，工业用红外测温仪辐射系数最好控制在0.85 为最好 。经过上述的一些改造，红外测温仪在经过半年多的应用，基本解决了红外测温仪测量不准确的问题，保证了为生产过程提供准确的数据支持。2.4 红外测温仪测量过程的控制现场红外测温仪经过一定时期的使用后，由于受现场恶劣环境的影响，容易出现现场视值显示与钢板实际温度不符，工人们往往根据个人的经验来控制生产。为此，我们结合关键生产工艺情况，将其测量的过程定为关键测量过程，并对其实施高度控制，制定出《钢坯温度检控制办法》。办法中规定应对影响板坯出炉、钢板轧制温度检测测量过程的测量设备、测量方法、操作人员及测量结果等要素进行控制。2.5 运用 spc 对测量数据进行分析现场测量人员将测量数据录入SPC 控制系统，对测量结果进行监控、分析;设备管理部门应用MSA系统对测量系统进行监控并判定是否稳定。当判定测量参数或测量系统发生偏离时，由生产/管理部门组织分析偏离原因并制定纠偏措施，通过采取上述措施使开轧温度、终轧温度都控制在标准要求范围内，保证了钢板内在质量。3 结束语通过对红外测温仪的选型，位置的安装，辐射系数设定等方面的研究和应用，实现轧制过程中应用红外测温仪的准确测温，满足生产控制过程的需要，提高了产品质量。摘自：国家标准物质网