DT143DA輻射測溫儀測溫度結(jié)果不確定性分析及解決方案

1、DT143DA輻射測溫儀測溫度結(jié)果不確定性分析及解決方案論文導讀:：這篇文章主要闡述了DT143DA輻射測溫儀在對鐵水在線測量時所測的溫度和鐵水實際溫度之間偏差的原因，注重討論了測溫時環(huán)境和操作對測溫結(jié)果的影響，并給出解決的方法和正確的操作方法。論文關鍵詞：DT143DA紅外測溫儀，環(huán)境因子，操作因素，解決方法，操作方法0 前言溫度作為研究物態(tài)的重要參數(shù)之一，它的精確測量一直是工業(yè)的重要需求，非接觸式測溫從上世紀初的隱絲式光學高溫計的出現(xiàn)到現(xiàn)在的多光譜測溫儀器的應用，輻射測溫技術(shù)現(xiàn)在仍然在不斷的開展中。輻射測溫儀器的制造原理大多數(shù)是和黑體輻射定律相關。紅外測溫也屬于輻射測溫范疇，在高爐測溫時顯

2、示了相對于熱電偶測溫的一系列優(yōu)越性，動態(tài)性好、不破壞溫度場的分布、不與鐵水接觸、節(jié)約重金屬、可屢次使用等等。但是測量過程同時也顯示了其相對的缺乏，測溫的抗干擾性不強，易受操作和環(huán)境的影響物理論文，測得的溫度可靠性不好。現(xiàn)在將針對這些造成測量結(jié)果偏差的原因進行定性的分析并指出解決的方法。2 鐵水外表的反射對測溫的影響試驗任何的實際物體都有反射外來的光線的能力，鐵水外表肯定會反射周圍物體的紅外輻射，探頭接受的光線不只是鐵水的輻射，所以測得的數(shù)據(jù)并不能反映鐵水外表的實際紅外輻射特性，測出的結(jié)果將是不精確的。2.1包鋼高爐現(xiàn)場試驗簡圖與試驗數(shù)據(jù)在實際測量中未插入鐵水和插入鐵水中測得的溫度是不同的，插入

3、鐵水那么防止了外界的紅外輻射光波，下表時未插入鐵水和插入鐵水中測得的溫度比照表表2 未插入鐵水和插入鐵水中測得的溫度比照表Table 2 Molten iron and molten iron is notinserted into the temperature measured in comparison table 圖2-a測得鐵水溫度 1235 1137 1132 1139 1143 圖2-b測得鐵水溫度 1425 1426 1423 1424 1425 熱電偶測得鐵水實際溫度為1549C。其實仔細觀察不難發(fā)現(xiàn)測得溫度是低于鐵水的溶點，但是測得的數(shù)據(jù)卻是穩(wěn)定的。這樣的誤差是可以通過標定

4、來解決的。圖2 包頭鋼鐵廠高爐現(xiàn)場測溫模擬簡圖Fig. 2 Baotou Iron and Steel Plant BlastFurnace Simulation diagram of the scene temperature2.2結(jié)果與理論分析及就解決方按這里定義：非鐵水本身的外表輻射而被儀器接收到得其他各種光均為測量過程中的噪聲。從上面分析可知紅外測溫儀器接受到的光應該是噪聲和鐵水的外表輻射兩局部的非相干疊加，即有：探頭接收光強=噪聲強度+實際鐵水輻射光強 龍源期刊。鐵水輻射并非黑體輻射即有：，其中為黑體輻射強度按波長的分布，是物體的單色輻出度。在T一定時是的函數(shù)計為。按照級數(shù)的理論展開

5、，由得=，設噪聲強度為那么有，實際紅外測溫儀器采集的為有限組波長處所對應的光強，那么可變?yōu)?，我們用最小二乘法對?shù)據(jù)處理：對及 (n+2)個變量求偏導數(shù)得到(n+2)個方程組可求得和。在線測溫時只要對儀器的數(shù)據(jù)處理上加上一個瞬時的修正溫度即可物理論文，這個可以在軟件上實現(xiàn)它或仿照圖上的做法將探頭置于陶瓷管中插入鐵水內(nèi)部亦可防止噪聲的影響。3 測溫距離及中間介質(zhì)對測溫結(jié)果的影響關于這個方面的解釋不難想到是光波在自由空間中傳播時光強會隨著傳播距離的二次方衰減以及中間的介質(zhì)的吸收散射等造成的衰減。這里想分析紅外光在灰塵較多的環(huán)境下的傳播的衰減。3.1高溫加熱爐試驗簡圖與實驗數(shù)據(jù)在高爐測溫現(xiàn)場采集溫度隨

6、距離的變化數(shù)據(jù)通常比擬困難且也難以標定測溫探頭和鐵水外表垂直位置處的相對偏角，故而采用實驗室模擬手段來探究上述的問題。圖3 高溫加熱爐試驗簡圖Fig.3 Experimental diagram of hightemperature furnace在實驗過程中將電爐從室溫開始緩慢升溫到1280C，并且通過電爐的保溫系統(tǒng)將爐膛底部的溫度維持在幾個恒定的溫度點上來采集實驗數(shù)據(jù)。在實際測量過程中發(fā)現(xiàn)輻射源處于同一溫度時不同深度處測得的溫度是不同的，見下表：表3 DT143DA測溫儀測得的溫度與爐膛實際溫度對照表Table 3 DT143DA thermometer measured thetempe

7、rature and the actual temperature of the furnace table 爐膛的溫度C DT143DA測溫儀顯示溫度C 探頭正對底部輻射源距離mm 820 729 360 820 700 385 940 890 360 940 871 385 980 950 675 980 927 725 1280 1290 525 1280 1250 575 1280 1222 625 3.2結(jié)果與理論分析及解決方案觀察上面的圖表發(fā)現(xiàn)隨著測溫探頭到輻射源的的垂直距離的增加測得的溫度是減小的，下列圖是計算機模擬儀器測量爐膛的輻射時不同位置測得溫度的三維分布圖圖4 計算機模擬

8、儀器測量爐膛的輻射時不同位置測得溫度的三維分布圖Fig.4 Computer simulation of radiationinstruments to measure the furnace temperaturemeasured at different positions when thethree-dimensional distributionH方向為膛下外表向上垂直延伸方向;L方向為爐膛寬度延伸方向;M方向為爐口到底部輻射源的徑直方向。從圖上我們很容易發(fā)現(xiàn)在M方向溫度是遞增的，理論模擬結(jié)果和實驗測得結(jié)果是吻合的。由衰減的積分公式：得，是衰減系數(shù)。衰減系數(shù)是隨著灰塵的密度的變大而增加

9、的，同時可以預見隨著的增大光強是隨著指數(shù)衰減的。國際上對煙霧的能見度定義為缺乏1km，薄霧的能見度為1km2km，霾的能見度為2km5km。煙霧和薄霧通常被認作是水滴的重要組成局部，霾和煙的粒徑相對要小一些，這說明一些探測器如熱影像儀利用遠紅外，其波長為10m左右，這個能更好的穿透霾和一些煙霧，因為其粒徑比波長要小。因此紅外輻射既沒有被明顯的改變方向也沒有被顆粒物完全吸收。引用生活中的經(jīng)驗能見度的公式更能直觀的反映實際的情況，V為能見度物理論文，為入射波的波長()，為傳播的距離?？梢钥闯黾t外波的透過率是隨著距離的增大而衰減的。這種衰減對紅外光線是不明顯的，平時日常測溫時紅外測溫儀在短距離上測得

10、溫度還是能很好的反映物體的實際情況的數(shù)量級的。實際工業(yè)上對測溫的精度要求是比擬高的，因為它間接的反映了物質(zhì)的某些重要的特性。通常在鋼鐵廠的煙霧都包含有對紅外線有強烈吸收的多原子化合物如二氧化碳、氧化鐵、二氧化硫等，如圖4所示在實驗室10cm左右就有50的溫差，所以這就足以說明在工業(yè)上煙霧對測溫的效果影響還是很明顯的。從上面的分析可知測量時我們在的測量距離應該控制在適當?shù)姆秶鷥?nèi)，這樣既能保護測溫探頭免受高溫的傷害，還能使得測量結(jié)果的精確度提高。4 測溫偏角對測溫結(jié)果的影響當探頭在受限的陶瓷管中做微小的偏動時探頭的測溫距離可以認為是不變的龍源期刊。實驗發(fā)現(xiàn)此時測得溫度和探頭垂直正對輻射源時所測得的

11、溫度有近200C的偏差。4.1試驗裝置圖與實驗數(shù)據(jù)下面的一組數(shù)據(jù)和表3數(shù)據(jù)均采集于同一個實驗室，裝置如圖3 高溫加熱爐試驗簡圖。表4 DT143DA 測溫探頭偏轉(zhuǎn)不同時對應的測溫結(jié)果表Table 4 DT143DA deflection temperature probe doesnot correspond to the temperature at the same time the results table 測溫探頭距離底部輻射源360mm 上下偏轉(zhuǎn)角度0.4 爐膛溫度980C 爐膛溫度970C 偏轉(zhuǎn)+0.4 偏轉(zhuǎn)0 偏轉(zhuǎn)-0.4 偏轉(zhuǎn)+0.4 偏轉(zhuǎn)0 偏轉(zhuǎn)-0.4 718 935 7

12、14 696 928 693 4.2結(jié)果與理論分析及解決方案假設探頭正對的爐膛輻射底面為模擬的無限大的鐵水外表，根據(jù)菲涅爾假設微元在感溫探頭處引起的振幅為：，類比普通光源可知鐵水各處熱輻射出光子是間歇的、隨機的、獨立的，故感溫探頭處的振動應該是面上所有的微元的振動在該點的非相干疊加，所以感溫探頭處光強應該為，由=，所以感溫探頭處的光強為，由于探頭角度的微小變化幾乎不會改變這一積分項物理論文，而要使得在無限大的面上的積分仍然收斂，那只能是從0遞增到或遞減到-時K()的收斂是很迅速的，這也是符合物理常識的。所以探頭接受到的輻射能量幾乎是垂直與鐵水外表的很窄的一個角度內(nèi)的所有輻射光波的奉獻總和。故而探頭相對于鐵水外表的偏角這也是在線控制測量過程時造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和各種測量結(jié)果不精確的重要原因。在線測量時應該嚴格的控制探頭的方向，務必使其垂直與鐵水外表，屢次測量求平均值，這樣能在很大程度上防止偶然的偏角改變對結(jié)果的影響。5 綜述文章就DT143DA輻射測溫儀的測溫過程中的偏差給予了定性的討論和解決的方法，對別的紅外測溫儀器的使用也有參考的意義。工業(yè)上消除紅外測溫儀的測溫偏差將會在很大程度有利于該項技術(shù)的推廣。高爐鐵水的測溫一直是鐵水冶煉的重要環(huán)節(jié)，它的監(jiān)控可也反映到出爐的鐵水的質(zhì)量好壞。社會正向著節(jié)約型的方向開展，接觸型測溫對重金屬資源是一種浪費，非接觸測溫