高線紅外測溫的影響因素及解決措施研究

許 濤

（深圳市友衡科技有限公司，廣東 深圳 518055）

對于高速線材生產(chǎn)工藝來說，軋制溫度這一參數(shù)尤為關(guān)鍵，直接關(guān)乎產(chǎn)品品質(zhì)，縱然紅外測溫技術(shù)優(yōu)勢顯著，但也不可避免的會受到多種因素的干擾而降低測溫精準(zhǔn)度，這就要求分析高線紅外測溫的影響因素，并采取措施加以解決，以期盡可能的減少溫度測量誤差。

1 紅外測溫儀概述

紅外測溫儀是以物體的紅外輻射能量值完成表面溫度測量與計算的，其最大優(yōu)勢在于無需接觸被測物即可實(shí)現(xiàn)溫度測量，因此對于不易接近或者持續(xù)運(yùn)動的高線生產(chǎn)線可選擇紅外測溫儀進(jìn)行測溫。具體而言，紅外測溫儀可接收被測物體發(fā)向空間波段處于0.76～1000 的紅外線，經(jīng)內(nèi)部光學(xué)系統(tǒng)處理匯集紅外輻射能量于探測器，轉(zhuǎn)換為電信號后經(jīng)放大器、信號處理電路、線性處理等一系列操作后將被測物的溫度值呈現(xiàn)在終端。但在使用期間容易受到多種因素的干擾而降低測量精準(zhǔn)度，故有必要加以分析和探討。

2 高線紅外測溫的影響因素

2.1 線材發(fā)射率不盡相同

所謂發(fā)射率是指物體自身發(fā)射紅外能量能力的大小，一般處于0～100%之間，其中黑體被認(rèn)為是最理想的輻射源，具有1.0 的發(fā)射率，而鏡子只有0.1 左右的發(fā)射率。但在高速線材生產(chǎn)中，因線材的不同導(dǎo)致發(fā)射率差異較大，正是因?yàn)槠潆y以確定致使基于紅外測量技術(shù)的溫度測量結(jié)果與真實(shí)溫度誤差較大。加之線材不屬于理想輻射體，且處于運(yùn)動狀態(tài)，無論是修正發(fā)射率參數(shù)還是確定其發(fā)射率的具體數(shù)值均有著較大的難度，故合理確定線材發(fā)射率是紅外測溫的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

2.2 測溫頭與被測物的距離

分析紅外測溫頭光路圖可以發(fā)現(xiàn)，測溫頭與被測物之間的實(shí)際距離在很大程度上決定著測量點(diǎn)的直徑，而測量點(diǎn)的大小又關(guān)乎90%的輻射能量，因此要想保證高線紅外測溫數(shù)據(jù)的真實(shí)性與可靠度，還應(yīng)把握測溫頭與被測軋件之間的距離。通常這一距離的起點(diǎn)為測溫頭前部邊緣，而測溫頭與被測物的最大距離取決于紅外測溫儀的光學(xué)分辨率和被測物大小，為降低測量誤差，應(yīng)科學(xué)控制兩者之間的距離大小。

2.3 氧化鐵皮與環(huán)境因素

要想提高高線紅外測溫的精確度，還需克服氧化鐵皮對紅外測溫的干擾，由于氧化鐵皮的存在導(dǎo)致線材局部表面發(fā)射率參差不齊，從而使溫度測量值波動變化，增加了軋鋼自動化控制的難度。同時復(fù)雜惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，對高線紅外測溫結(jié)果也有一定的影響，最常見的當(dāng)屬水蒸氣、煙霧等因素，紅外測溫儀器長期在如此條件下運(yùn)行，很容易因高溫、受潮、振動等引發(fā)元件性能下降或損壞，所以這一點(diǎn)也是不容忽視的。

3 高線紅外測溫影響因素的解決措施

3.1 重視并合理確定發(fā)射率

由于發(fā)射率值的確定是高線紅外測溫的關(guān)鍵所在，因此要在掌握高速線材發(fā)射率值的前提下，配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)整方法選擇相對合理的發(fā)射率，不過線材的發(fā)射率不僅與材料類型、理化結(jié)構(gòu)、材料厚度、表面粗糙度等有關(guān)，還取決于測量角度、透射率、光譜測量范圍、周圍環(huán)境等多種因素，故需要予以綜合權(quán)衡和考量。

在確定發(fā)射率的實(shí)際過程中，應(yīng)該對所用線材的發(fā)射率有所了解。假設(shè)被測物溫度在環(huán)境溫度之上，若是發(fā)射率選值過高，往往會導(dǎo)致紅外測溫結(jié)果低于實(shí)際值，反之則可能因耐火材料、加熱系統(tǒng)、火焰等背景物紅外輻射的影響降低溫度測量準(zhǔn)度，因此要在紅外測溫儀安裝環(huán)節(jié)消除這一風(fēng)險，最好保證探頭避開具有反射性的紅外輻射源。如果溫度測量值高達(dá)380 ℃，可在被測物上放置特殊的塑料片予以完全覆蓋，以此調(diào)整發(fā)射率至0.95，隨后先后測量塑料片與周圍環(huán)境的溫度，調(diào)節(jié)發(fā)射率使顯示值和塑料片的溫度一致。也可以在黑顏料（發(fā)射率為0.98）的作用下涂平一部分的被測物體表面，然后調(diào)整高線紅外測溫儀發(fā)射率至0.98，隨后先后測量該部分與相鄰邊緣的溫度值，并調(diào)節(jié)發(fā)射率顯示值與上述溫度一致。但以上處理方法的使用，要求被測物體溫度必須不同于環(huán)境溫度。

3.2 保持測溫頭與被測物距離合適

為減小由測溫頭與被測物距離設(shè)置引發(fā)的溫度測量誤差，建議高線紅外測溫儀光學(xué)視場被被測物完全填滿，同時提高設(shè)備物體距離與被測光點(diǎn)大小之間的比值，以獲得更好的設(shè)備分辨率，方便即使處于更遠(yuǎn)的距離也可對更小光點(diǎn)的溫度進(jìn)行測量。同時鑒于準(zhǔn)確度的重要性，還要目標(biāo)尺寸大于2 倍的光點(diǎn)尺寸，配以正確的測溫距離系數(shù)，確保高線紅外測量距離合適，測溫效果理想。

3.3 盡量消除氧化鐵皮和環(huán)境的影響

氧化鐵皮因素的控制通常需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的溫度測量頭，如對于加熱爐出錕道的紅鋼，考慮到此時的紅鋼具有較大的熱容量且內(nèi)外溫度基本一致，故建議在其出爐數(shù)秒后利用單色測量頭進(jìn)行測溫，此時氧化鐵皮對紅外測溫的干擾較小。對于軋制過程中的紅鋼，因有較長的時間與空氣接觸，致使氧化鐵皮生成較多，會嚴(yán)重影響紅外測溫，因此最好在選用雙色測量頭的同時，盡量將其安裝于較遠(yuǎn)位置，并考慮到測量頭與被測物之間的角度，而且由于氧化鐵皮低于90%的被測面，軋制過程處于連續(xù)運(yùn)動狀態(tài)，只需借助計算機(jī)計算出該段時間內(nèi)的最高點(diǎn)即可。而對于環(huán)境因素的控制，則要充分考慮水霧與煙霧的影響，若無特殊要求盡量選用雙色測量頭，以降低兩者對溫度測量精度的干擾，并予以規(guī)范安裝和使用維護(hù)。對于振動、噪聲、電磁場等的不良影響，可設(shè)置保護(hù)外殼或者利用水冷對傳感器加以保護(hù)，若實(shí)在無法規(guī)避，則要增設(shè)窺鏡管于測量頭之上，經(jīng)壓縮空氣吹除灰塵清掃測量通道，以此進(jìn)一步提高高線紅外測溫的準(zhǔn)度與精度。

4 結(jié) 語

總之，高線紅外測溫的影響因素較多，對溫度測量結(jié)果有不同影響，當(dāng)務(wù)之急是采取有效措施解決發(fā)射率、測量距離、氧化鐵皮及環(huán)境等因素的影響，才能提高紅外測溫精度，為產(chǎn)品質(zhì)量的保證提供保障。