Zastosowanie termometru na podczerwień w produkcji walcowania stali
1. Wstęp
W nowoczesnym procesie produkcji walcowania stali, aby zapewnić fizyczną jakość blachy stalowej, kontrolowane walcowanie i chłodzenie blachy stalowej wymaga pewnych środków pomiaru i wykrywania temperatury. Charakterystyka wysokiej precyzji i dużej niezawodności termometru na podczerwień może zapewnić skuteczny, dokładny i niezawodny pomiar temperatury blachy stalowej, aby poprawić jakość produktu, zmniejszyć zużycie i zwiększyć wydajność.
2. Skład termometru na podczerwień
Termometry na podczerwień, zwane również termometrami na podczerwień, określają temperaturę mierzonego obiektu poprzez pomiar promieniowania elektromagnetycznego obiektu, które pochodzi z energii zawartej w obiekcie. W zastosowaniach przemysłowych zajmujemy się promieniowaniem podczerwonym rozciągającym się od krótszych długości fal światła widzialnego do światła podczerwonego do 20 μm. Dlatego termometr na podczerwień (termometr promieniujący) jest urządzeniem, które określa ilościowo energię promieniowania i wykorzystuje sygnał elektryczny do wyrażenia odpowiedniej temperatury.
2.1 Układ optyczny
Układ optyczny jest ważną częścią termometru na podczerwień. Jego główne funkcje to: konwergencja energii promieniowania, celowanie w mierzony cel, określanie pola widzenia termometru oraz pewien efekt uszczelniania wnętrza termometru.
2.2 Detektor podczerwieni
Detektor podczerwieni jest podstawową częścią termometru na podczerwień. Detektor podczerwieni odbiera energię promieniowania mierzonego obiektu przez soczewkę obiektywu, przetwarza energię promieniowania na sygnał elektryczny i ostatecznie uzyskuje temperaturę powierzchni mierzonego obiektu poprzez późniejsze przetwarzanie.
2.3 Przetwarzanie sygnału
Detektor podczerwieni przetwarza promieniowanie podczerwone na sygnał elektryczny, który jest wysyłany do części przetwarzającej sygnał i wprowadzany do mikroprocesora przez przedwzmacniacz i przetwornik A/D. W tym samym czasie sygnał kompensacji temperatury otoczenia jest również wprowadzany do mikroprocesora, który jest linearyzowany przez mikroprocesor. Po przetworzeniu, kompensacji środowiskowej i korekcji emisyjności uzyskuje się skorygowany sygnał wyjściowy.
2.4 Wyjście wyświetlacza
W praktycznych zastosowaniach sygnał temperaturowy dostarczany przez procesor jest wykorzystywany na dwa sposoby: jeden to wyświetlanie go na wyświetlaczu; drugim jest wysłanie sygnału temperatury do przemysłowego systemu sterowania w celu realizacji kontroli procesu produkcyjnego, a istnieją również dwa sposoby wykorzystania go w tym samym czasie.
Różne typy termometrów mogą wyświetlać wartości w czasie rzeczywistym, wartości maksymalne, wartości minimalne, wartości średnie i różnice, a także mogą wyświetlać ustawione wartości emisyjności, ustawione wartości alarmów itp., a także mogą wyświetlać krzywe temperatury i mapy ciepła po przetworzeniu programowym Czekać. Najczęściej używanymi termometrami są wyjścia prądowe 0-20mA lub 4-20mA. Jeśli wymagany jest sygnał napięciowy, sygnał prądowy może być również konwertowany i skalowany.
3. Dobór termometru na podczerwień
W zastosowaniach przemysłowych często między pirometrem a mierzonym celem znajdują się media, które mogą osłabić lub nawet całkowicie zablokować promieniowanie energii powierzchniowej mierzonego celu, a pirometr może mierzyć tylko ten cel, który „widzi”. Nasze powszechnie używane termometry stałe obejmują głównie następujące kategorie:
① Termometr szerokopasmowy lub termometr szerokopasmowy, którego zakres odpowiedzi widmowej jest ograniczony przez układ optyczny, używany głównie do pomiaru niskiej temperatury, wyposażony w detektor o szerokim zakresie odpowiedzi widmowej.
② Wybierz termometr pasmowy, jego długość fali odpowiedzi jest ograniczona przez filtr, a pasmo odpowiedzi detektora można wybrać zgodnie z potrzebami aplikacji.
③ Termometr krótkofalowy może zmniejszyć błąd pomiaru, gdy zmienia się emisyjność. Wspomniana tutaj fala krótka jest względna i może mieć długość 0,6 μm w temperaturze 1500 K lub długość fali 3 μm w temperaturze 300 K.
④ Termometry kolorymetryczne, znane również jako termometry dwukolorowe, dają lepsze wyniki pomiarów, gdy są używane w „bardzo brudnej atmosferze”.
Przy doborze termometru, oprócz wymaganego zakresu temperatur, bardzo ważne są również dwa parametry termometru „procent zmiany temperatury” i „procent zmiany emisyjności” dla dokładnego doboru termometru:
① Procent zmiany temperatury termometru odnosi się do zmiany wartości wyjściowej obiektu w wyniku zmiany temperatury. W przypadku termometrów na podczerwień im większy procent zmiany temperatury, tym wyższa jest jego czułość.
② Zmiana procentowa emisyjności odnosi się do zmiany wartości wyjściowej instrumentu, gdy zmienia się emisyjność mierzonego celu. Ponieważ emisyjność blachy stalowej zmienia się losowo w pewnym zakresie przy określonej długości fali i temperaturze podczas procesu walcowania stali, zmiana wartości wyjściowej termometru spowodowana zmianą emisyjności nie jest rzeczywistą zmianą temperatury celu. Dlatego konieczne jest również dostosowanie procentowej zmiany emisyjności.
4. Konkretne zastosowanie
Weźmy jako przykład wykrywanie temperatury w Jinan Iron and Steel Plate Plant podczas kontrolowanego walcowania i kontrolowanego chłodzenia w procesie walcowania wstępnego: w sumie cztery zestawy termometrów na podczerwień LAND są instalowane za skrzynką odkamieniania, przed walcarką wstępną oraz przed i po urządzeniu chłodzącym kurtynę wodną po młynie wstępnym. Komory do odkamieniania to doskonała okazja do pomiaru temperatury nieskamieniałych blach stalowych. Zanim kęs stalowy wejdzie do walcarki, prawie cała zgorzelina żelaza itp. jest zmywana przez strumień wody pod wysokim ciśnieniem, który zapewnia czystą powierzchnię do procesu walcowania. Sonda zaczyna mierzyć rzeczywistą temperaturę na powierzchni blachy stalowej, aby upewnić się, że temperatura ta mieści się w granicach limitu walcowania i ustawić parametry walcowania.
Główne napotkane problemy to: (1) określenie rozsądnego położenia sondy bezdotykowej, tak aby zminimalizować wpływ aerozolu z pojemnika do odkamieniania i obecność tlenków; (2) sonda i stojak młyna powinny być również trzymane w pewnej odległości, aby zapobiec rozpryskiwaniu tlenków podczas procesu walcowania blachy stalowej, co spowoduje uszkodzenie sondy; (3) woda i kamień resztkowy mogą tworzyć chłodniejszy obszar na powierzchni kęsa, powodując zmiany w odczytach.
Zasada pomiaru temperatury promieniowania jest następująca: termometr może mierzyć tylko cel, który „widzi”. Absorpcję promieniowania przez gaz można rozwiązać na dwa sposoby. Jednym z nich jest użycie wizjera i oczyszczacza powietrza w celu zapewnienia bezprzewodowych przeszkód na ścieżce wizualnej; drugim jest wybór pasma operacyjnego, na które medium nie ma wpływu. W odpowiedzi na te problemy wybraliśmy sondy krótkofalowe M1/R1 w systemie SYSTEM produktu LAND o wysokiej jakości i renomie - tak aby uniknąć wpływu absorpcji pary wodnej; mały rozmiar celu i funkcja szybkiej odpowiedzi - będzie dążyć do utlenienia na powierzchni kęsa Gorący cel między blachą żelazną a „czarną wodą” i sprawia, że procesor sygnału wykorzystuje funkcję zatrzymania szczytu, aby zapewnić dokładność i ciągłość pomiaru temperatury w największym stopniu, nawet jeśli cel jest częściowo zasłonięty lub całkowicie poza zasięgiem wzroku, pomiar temperatury Wynik będzie również spełniał wymagania, aby na wyjściu systemu można było śledzić rzeczywistą temperaturę blachy stalowej; wyjście sondy wysokiego poziomu osłabia wpływ zakłóceń elektronicznych, a wyjście to może być bezpośrednio używane jako wyświetlanie temperatury końcowej; położenie sondy powinno znajdować się jak najdalej jak to możliwe Jak najbliżej wejścia do młyna, co pozwala uniknąć zakłóceń spowodowanych rozpryskami wody chłodzącej i ruchem podczas otwierania.
