紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用及介紹共5頁word資料

1、紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用及介紹目前，紅外測溫技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，尤其在產(chǎn)品質(zhì)量控制和監(jiān)測、設(shè)備在線故障診斷、安全保護(hù)以及節(jié)約能源等方面發(fā)揮了重要作用。近二十年來,非接觸紅外測溫儀在技術(shù)上得到迅速發(fā)展,性能不斷提高,適用范圍也不斷擴(kuò)大,市場占有率逐年增長。比起接觸式測溫方法,紅外測溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。一、外測溫儀工作原理了解組外測溫儀的工作原理、 技術(shù)指標(biāo)、 環(huán)境工作條件及操作和中頻電爐維修等是為了幫助用戶正確地選擇和使用紅外測溫儀。一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。 物體的紅外輻射特性一輻射能量的大小及其按波長的分布一與它的表面溫度有

2、著十分密切的關(guān)系。 因此 ,通過對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測量,便能準(zhǔn)確地測定它的表面溫度,這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。黑體輻射定律 :黑體是一種理想化的輻射體,它吸收所有波長的輻射能量,沒有能量的反射和透過,其表面的發(fā)射率為1 。 應(yīng)該指出 , 自然界中并不存在真正的黑體 ,但是為了弄清和獲得紅外輻射分布規(guī)律,在理論研究中必須選擇合適的模型,這就是普朗克提出的體腔輻射的量子化振子模型，從而導(dǎo)出了普朗克黑體輻射的定律，即以波長表示的黑體光譜輻射度，這是一切紅外輻射理論的出發(fā)點(diǎn)，故稱黑體輻射定律。物體發(fā)射率對(duì)輻射測溫的影響：自然界中存在的實(shí)際物體， 幾乎都不是黑體。 所有實(shí)際物體的輻射量

3、除依賴于輻射波長及物體的溫度之外，還與構(gòu)成物體的材料種類、制備方法、熱過程以及表面狀態(tài)和環(huán)境條件等因素有關(guān)。因此，為使黑體輻射定律適用于所有實(shí)際物體，必須引入一個(gè)與材料性質(zhì)及表面狀態(tài)有關(guān)的比例系數(shù)，即發(fā)射率。該系數(shù)表示實(shí)際物體的熱輻射與黑體輻射的接近程度，其值在零和小于1 的數(shù)值之間。根據(jù)輻射定律，只要知道了材料的發(fā)射率,就知道了任何物體的紅外輻射特性。影響發(fā)射率的主要因素在：材料種類、表面粗糙度、理化結(jié)構(gòu)和材料厚度等。當(dāng)用紅外輻射測溫儀測量目標(biāo)的溫度時(shí)首先要測量出目標(biāo)在其波段范圍內(nèi)的紅外輻射量,然后由測溫儀計(jì)算出被測目標(biāo)的溫度。單色測溫儀與波段內(nèi)的輻射量成比例 :雙色測溫儀與兩個(gè)波段的輻射量

4、之比成比例。紅外系統(tǒng):紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號(hào)放大器及信號(hào)處理、顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量,視場的大小由測溫儀的光學(xué)零件及其位置確定。紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。 該信號(hào)經(jīng)過放大器和信號(hào)處理電路 ,并按照儀器內(nèi)療的算法和目標(biāo)發(fā)射率校正后轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。選擇紅外測溫儀可分為三個(gè)方面：性能指標(biāo)方面, 如溫度范圍、光斑尺寸、工作波長、測量精度、響應(yīng)時(shí)間等;環(huán)境和工作條件方面,如環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等;其他選擇方面,如使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等,也對(duì)測溫儀的選擇產(chǎn)生一定的影響。隨著技術(shù)和不斷發(fā)展,紅外測溫

5、儀最佳設(shè)計(jì)和新進(jìn)展為用戶提供了各種功能和多用途的儀器,擴(kuò)大了選擇余地。確定測溫范圍 :測溫范圍是測溫儀最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。如寧波神光電爐產(chǎn)品覆蓋范圍為-50 -+3000 ,但這不能由一種型號(hào)的紅外測溫儀來完成。每種型號(hào)的測溫儀都有自己特定的測溫范圍。因此 ,用戶的被測溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全 ,既不要過窄,也不要過寬。根據(jù)黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。確定目標(biāo)尺寸：紅外測溫儀根據(jù)原理可分為單色測溫儀和雙色測溫儀（輻射比色測溫儀） 。對(duì)于單色測溫儀,在進(jìn)行測溫時(shí),被測目標(biāo)面積應(yīng)充滿測溫儀視場

6、。建議被測目標(biāo)尺寸超過視場大小的 50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場,背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入測溫儀的視聲符支干擾測溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測溫儀的視場,測溫儀就不會(huì)受到測量區(qū)域外面的背景影響。對(duì)于神光電爐雙色測溫儀,其溫度是由兩個(gè)獨(dú)立的波長帶內(nèi)輻射能量的比值來確定的。因此當(dāng)被測目標(biāo)很小 , 沒有充滿現(xiàn)場, 測量通路上存在煙霧、塵埃、阻擋對(duì)輻射能量有衰減時(shí),都不會(huì)對(duì)測量結(jié)果產(chǎn)生影響。甚至在能量衰減了 95% 的情況下 , 仍能保證要求的測溫精度。對(duì)于目標(biāo)細(xì)小 , 又處于運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)之中的目標(biāo);有時(shí)在視場內(nèi)運(yùn)動(dòng),或可能部分移出視場的目標(biāo),在此條件下,使用雙色測溫儀是最佳選擇。如果測溫儀和目標(biāo)

7、之間不可能直接瞄準(zhǔn),測量通道彎曲、狹小、 受阻等情況下,雙色光纖測溫儀是最佳選擇。這是由于其直徑小,有柔性 ,可以在彎曲、阻擋和折疊的通道上傳輸光輻射能量, 因此可以測量難以接近、條件惡劣或靠近電磁場的目標(biāo)。確定光學(xué)分辨率（距離及靈敏）光學(xué)分辨率由 D 與 S 之比確定,是測溫儀到目標(biāo)之間的距離D 與測量光斑直徑S 之比。 如果測溫儀由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測量小的目標(biāo) ,就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的測溫儀。 光學(xué)分辨率越高 , 即增大 D:S 比值 ,測溫儀的成本也越高。確定波長范圍： 目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測溫儀的光譜響應(yīng)或波長。 對(duì)于高反射率合金材料 , 有低的或

8、變化的發(fā)射率。在高溫區(qū)，測量金屬材料的最佳波長是近紅外，可選用0.18-1.0波長。其他溫區(qū)可選用1.6 “m、2.2 和3.9 波長。由于有些材料在一定波長是透明的，紅外能量會(huì)穿透這些材料，對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長。如測量玻璃內(nèi)部溫度選用10Mm、2.2 gm和3.9從m版測玻璃要很厚，否則會(huì)透過）波長;測量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0 波長;測低區(qū)區(qū)選用8-14gm波長為宜；再如測量聚乙烯塑料薄膜選用3.43 ”波長，聚醋類選用4.3 ”或7.9 ”波長。厚度超過0.4mm選用8-14”波長;又如測火焰中的C02 用窄帶4.24- 4.3波長，測火焰中的C0用窄帶4.64 波長，測量火焰中的N

9、02用4.47 ”波長。確定響應(yīng)時(shí)間:響應(yīng)時(shí)間表示紅外測溫儀對(duì)被測溫度變化的反應(yīng)速度, 定義為到達(dá)最后讀數(shù)的 95% 能量所需要時(shí)間 ,它與光電探測器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。 bytek（ 雷泰 ）新型紅外測溫儀響應(yīng)時(shí)間可達(dá) 1ms 。這要比接觸式測溫方法,快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測量快速加熱的目標(biāo)時(shí),要選用快速響應(yīng)紅外測溫儀,否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng),會(huì)降低測量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外測溫儀。 對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過程存在熱慣性時(shí),測溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此 ,紅外測溫儀響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測目標(biāo)的情況相適應(yīng)。信號(hào)處理功能：測量離散過程

10、（如零件生產(chǎn) ）和連續(xù)過程不同 ,要求紅外測溫儀有信號(hào)處理功能（如峰值保持、谷值保持、平均值）。如測溫傳送帶上的玻璃時(shí),就要用峰值保持,其溫度的輸出信號(hào)傳送至控制器內(nèi)。環(huán)境條件考慮： 測溫儀所處的環(huán)境條件對(duì)測量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮、并適當(dāng)解決,否則會(huì)影響測溫精度甚至引起測溫儀的損壞。當(dāng)環(huán)境溫度過高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、 空氣冷卻系統(tǒng)、 空氣吹掃器等附件。 這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測溫儀 ,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測溫。在確定附件時(shí)應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù), 以降低安裝成本。當(dāng)煙霧、灰塵或其他顆粒降低測量能量信號(hào)，雙色測溫儀是最佳選擇。 在噪聲、 電磁場、

11、 震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下, 或其他惡劣條件下,光纖雙色測溫儀是最佳選擇。在密封的或危險(xiǎn)的材料應(yīng)用中（如容器或真空箱）, 測溫儀通過窗口進(jìn)行觀測。材料必須有足夠的強(qiáng)度并能通過所用測溫儀的工作波長范圍。 還要確定操作工是否也需要通過窗口進(jìn)行觀察, 因此要選擇合適的安裝位置和窗口材料,避免相互影響。在低溫測量應(yīng)用中 ,通常用 Ge 或 Si 材料作為窗口 ,不透可見光,人眼不能通過窗口觀察目標(biāo)。 如操作員需要通過窗口目標(biāo) , 應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料, 如應(yīng)采用既透紅外輻射又透過可見光的光學(xué)材料,如 ZnSe 或 BaF2 等作為窗口材料。操作簡單，使用方便：紅外測溫儀應(yīng)該是直觀的

12、 ,操作簡單 ,易于被操作人員使用,其中便攜式紅外測溫儀是一種集測溫和顯示輸出為一體的小型、輕便、由人攜帶進(jìn)行測溫的儀器,在顯示面板上可顯示溫度和輸出各種溫度信息 ,有的可通過遙控或通過計(jì)算機(jī)軟件程序操作。 在環(huán)境條件惡劣復(fù)雜的情況下 ,可以選擇測溫頭和顯示器分開的系統(tǒng),以便于安裝和配置。可選擇與現(xiàn)行控制設(shè)備相匹配的信號(hào)輸出形式。紅外輻射測溫儀的標(biāo)定：紅外測溫儀必須經(jīng)過標(biāo)定才能使它正確地顯示出被測目標(biāo)的溫度。如果所用的測溫儀在使用中出現(xiàn)測溫超差,則需退回廠家或維修中心重新標(biāo)定。蓄熱式均熱處理爐的工作原理蓄熱式燃燒換熱技術(shù)，準(zhǔn)確地應(yīng)稱為蓄熱式換熱燃燒技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)古老的換熱方式，早在十九世

13、紀(jì)中期就在平爐和高爐上采用延續(xù)至今。軋鋼系統(tǒng)的初軋鋼錠加熱爐以蓄熱式均熱爐最為節(jié)能，并且采用的就是低熱值的高爐煤氣為燃料。終因其蓄熱室占用寧波神光電爐車間面積大，換向時(shí)間長，操作復(fù)雜，逐漸被中心換熱均熱爐和上部單側(cè)燒嘴均熱爐所取代。此后，蓄熱式換熱技術(shù)遠(yuǎn)離了軋鋼系統(tǒng)的加熱爐。蓄熱式換熱技術(shù)，屬不穩(wěn)態(tài)傳熱，利用耐火材料作載體，交替地被廢氣熱量加熱。再將蓄熱體蓄存的熱量加熱空氣或煤氣，使空氣和煤氣獲得高溫預(yù)熱，達(dá)到廢熱回收的效能。由于蓄熱體是周期性地加熱、放熱，神光電爐為了保證爐膛加熱的連續(xù)性，蓄熱體必須成對(duì)設(shè)置。同時(shí)，要有換向裝置完成蓄熱體交替加熱、放熱。到了二十世紀(jì)八十年代，寧波神光電爐解決了

14、蓄熱體的小型化和換向時(shí)間縮短到以分秒計(jì)，才使這項(xiàng)古老的換熱技術(shù)得以在軋鋼系統(tǒng)的連續(xù)式加熱爐（含步進(jìn)式加熱爐）上重現(xiàn)廢熱回收的優(yōu)勢，即將空、煤氣雙預(yù)熱到 1000 左右，排出廢氣溫度在 150 以下，使廢熱回收率達(dá)到極限值。并且，出現(xiàn)研究高溫空氣燃燒理論與實(shí)踐的新領(lǐng)域。鍛造加熱與熱處理加熱裂紋的正確鑒別鍛造裂紋一般在高溫時(shí)形成，鍛造變形時(shí)由于裂紋擴(kuò)大并接觸空氣，故在 100X 或 500X 的顯微鏡下觀察，可見到裂紋內(nèi)充有氧化皮，且兩側(cè)是脫碳的，組織為鐵素體，其形態(tài)特征是裂紋比較粗壯且一般經(jīng)多條形式存在，無明細(xì)尖端，比較圓純，無明細(xì)的方向性，除以上典型形態(tài)外，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)有些鍛造裂紋比較細(xì)。裂紋周

15、圍不是全脫碳而是半脫碳。淬火加熱過程中產(chǎn)生的裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質(zhì)和形態(tài)上有明顯的差別。對(duì)結(jié)構(gòu)鋼而言， 熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多， 即使是高速鋼、 高合金鋼其加熱保溫時(shí)間則遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鍛造溫度。由于熱處理設(shè)備加熱溫度偏高，保溫時(shí)間過長或快速加熱，均會(huì)在加熱過程中產(chǎn)生早期開裂。產(chǎn)生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋；裂紋兩側(cè)略有脫碳組織，零件加熱速度過快，也會(huì)產(chǎn)生早期開裂，這種裂紋兩側(cè)無明顯脫碳，但裂紋內(nèi)及其尾部充有氧化皮。有時(shí)因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。結(jié)構(gòu)鋼常見的缺陷：1 、鍛造缺陷（ 1 ）折疊： 沖孔、切料、刀板磨損、鍛造粗糙等原

16、因造成了表面缺陷，在后續(xù)鍛造時(shí)，將表面氧化皮等缺陷卷入鍛件本體內(nèi)而形成折縫。在顯微鏡上觀察時(shí)，可發(fā)現(xiàn)折疊周圍有明顯脫碳。（ 2 ）過熱、過燒： 主要特征是晶粒粗大，有明顯的魏氏組織。出現(xiàn)過燒缺陷說明加熱溫度高、斷口晶粒粗大，凹凸不平，無金屬光澤，晶界周圍有氧化脫碳現(xiàn)象。（ 3 ）鍛造裂紋： 常產(chǎn)生于組織粗大，應(yīng)力集中處或合金元素偏析處，裂紋內(nèi)部常充滿氧化皮。鍛造溫度高，或者終端溫度低，都容易產(chǎn)生裂紋。還有一種裂紋是鍛造后噴水冷卻后形成的。2 、 熱處理缺陷（ 1 ）過熱：顯微組織粗大，如果是輕度過熱，可采用二次淬火來挽救。（ 2 ）淬裂：其特點(diǎn)是剛健挺直，呈穿晶分布，起始點(diǎn)較寬，尾部細(xì)長曲折。

17、此種裂紋多產(chǎn)生于馬氏體轉(zhuǎn)變之后，故裂紋周圍的顯微組織與其它區(qū)域無明顯區(qū)別，也無脫碳現(xiàn)象。（ 3 ）軟點(diǎn)：顯微組織有塊狀或網(wǎng)狀屈氏體和未溶鐵素體等。加熱不足，保溫時(shí)間不夠，冷卻不均勻都會(huì)產(chǎn)生軟點(diǎn)。（ 4 ）過燒：除晶粒粗大外，部分晶粒已趨于熔化，晶界極粗。利用調(diào)質(zhì)熱處理工藝提高零部件的使用壽命為了解決水泥企業(yè)設(shè)備零部件實(shí)用調(diào)質(zhì)熱處理的難題，根據(jù)調(diào)質(zhì)熱處理工藝，結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，采用氧氣 - 乙炔火焰對(duì)零件加溫到雙液淬火和高溫回火的方法，進(jìn)行實(shí)踐研究。加溫過程及溫度控制工藝根據(jù)調(diào)質(zhì)熱處理的工藝來完成，采用氧氣-乙炔火焰升溫，溫度通過便攜式紅外線溫度計(jì)、火焰顏色或用色譜圖對(duì)照來控制。結(jié)果表明，采用氧

18、氣-乙炔火焰來對(duì)零件加溫，也可達(dá)到調(diào)質(zhì)熱處理的目的，此調(diào)質(zhì)熱處理工藝簡單實(shí)用。調(diào)質(zhì)熱處理工藝可以使機(jī)械零部件具有良好的綜合力學(xué)性能， 即在保持較高強(qiáng)度的同時(shí)， 具有良好的可塑性和韌性。調(diào)質(zhì)熱處理可用于處理各種重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪等。水泥企業(yè)的斗式提升機(jī)、鏈板機(jī)、雙軸攪拌機(jī)和膠帶輸送機(jī)等設(shè)備軸損壞后，往往自行加工或修復(fù)。沒有經(jīng)過調(diào)質(zhì)熱處理的軸使用一段時(shí)間后，軸的鍵槽容易受扭矩而變形，使聯(lián)軸器、皮帶輪等零件傳遞扭矩時(shí)打滑，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生斗式提升機(jī)上鏈輪滑鏈等設(shè)備事故。有些水泥企業(yè)受機(jī)械加工條件和經(jīng)費(fèi)等方面限制， 很少將設(shè)備的零部件進(jìn)行專業(yè)的調(diào)質(zhì)熱處理。 往往采取損壞后修復(fù)、改小或報(bào)廢等方式。如

19、果企業(yè)利用現(xiàn)有的機(jī)械維修工作條件，對(duì)設(shè)備重要的零部件做一般調(diào)質(zhì)熱處理，提高零部件的綜合力學(xué)性能，可以延長其使用壽命，降低設(shè)備運(yùn)行成本。在實(shí)際運(yùn)用中，我們以 45 號(hào)鋼的軸為例總結(jié)了一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)供讀者參考：1. 雙液淬火： 將精加工好的軸的鍵槽臺(tái)階用氣割炬即氧氣-乙炔火焰來加熱到淬火溫度820 ° C840° C,然后保持大約10 分鐘，接著放入 10% 食鹽水溶液冷卻78 秒，最后在空氣中冷卻到常溫。2. 高溫回火：經(jīng)過雙液淬火后冷卻到常溫的軸的鍵槽臺(tái)階再用氧氣-乙炔火焰加熱到高溫回火溫度500 ° C540° C, 保持 10 分鐘，最后在空氣中冷卻到常溫。采用這種工藝方案加熱溫度可用便攜式紅外線溫度計(jì)控制， 也可用火焰顏色來控制， 或用色譜圖來對(duì) 照。其他軸臺(tái)階根據(jù)需要也可參考此方法進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，為消除軸熱應(yīng)力，常采用敲擊法。不同材料的設(shè)備零部件需要調(diào)質(zhì)熱處理時(shí)， 它的淬火溫度和回火溫度可根據(jù)有關(guān)資料來確定。 此調(diào)質(zhì)熱處理工藝簡單、 實(shí)用，技術(shù)含量低，