高线红外测温的影响因素及解决措施研究

2019-03-02许涛

冶金与材料 2019年5期

许涛

（深圳市友衡科技有限公司，广东深圳 518055）

对于高速线材生产工艺来说，轧制温度这一参数尤为关键，直接关乎产品品质，纵然红外测温技术优势显著，但也不可避免的会受到多种因素的干扰而降低测温精准度，这就要求分析高线红外测温的影响因素，并采取措施加以解决，以期尽可能的减少温度测量误差。

1 红外测温仪概述

红外测温仪是以物体的红外辐射能量值完成表面温度测量与计算的，其最大优势在于无需接触被测物即可实现温度测量，因此对于不易接近或者持续运动的高线生产线可选择红外测温仪进行测温。具体而言，红外测温仪可接收被测物体发向空间波段处于0.76～1000 的红外线，经内部光学系统处理汇集红外辐射能量于探测器，转换为电信号后经放大器、信号处理电路、线性处理等一系列操作后将被测物的温度值呈现在终端。但在使用期间容易受到多种因素的干扰而降低测量精准度，故有必要加以分析和探讨。

2 高线红外测温的影响因素

2.1 线材发射率不尽相同

所谓发射率是指物体自身发射红外能量能力的大小，一般处于0～100%之间，其中黑体被认为是最理想的辐射源，具有1.0 的发射率，而镜子只有0.1 左右的发射率。但在高速线材生产中，因线材的不同导致发射率差异较大，正是因为其难以确定致使基于红外测量技术的温度测量结果与真实温度误差较大。加之线材不属于理想辐射体，且处于运动状态，无论是修正发射率参数还是确定其发射率的具体数值均有着较大的难度，故合理确定线材发射率是红外测温的基础和关键。

2.2 测温头与被测物的距离

分析红外测温头光路图可以发现，测温头与被测物之间的实际距离在很大程度上决定着测量点的直径，而测量点的大小又关乎90%的辐射能量，因此要想保证高线红外测温数据的真实性与可靠度，还应把握测温头与被测轧件之间的距离。通常这一距离的起点为测温头前部边缘，而测温头与被测物的最大距离取决于红外测温仪的光学分辨率和被测物大小，为降低测量误差，应科学控制两者之间的距离大小。

2.3 氧化铁皮与环境因素

要想提高高线红外测温的精确度，还需克服氧化铁皮对红外测温的干扰，由于氧化铁皮的存在导致线材局部表面发射率参差不齐，从而使温度测量值波动变化，增加了轧钢自动化控制的难度。同时复杂恶劣的现场环境，对高线红外测温结果也有一定的影响，最常见的当属水蒸气、烟雾等因素，红外测温仪器长期在如此条件下运行，很容易因高温、受潮、振动等引发元件性能下降或损坏，所以这一点也是不容忽视的。

3 高线红外测温影响因素的解决措施

3.1 重视并合理确定发射率

由于发射率值的确定是高线红外测温的关键所在，因此要在掌握高速线材发射率值的前提下，配以适当的调整方法选择相对合理的发射率，不过线材的发射率不仅与材料类型、理化结构、材料厚度、表面粗糙度等有关，还取决于测量角度、透射率、光谱测量范围、周围环境等多种因素，故需要予以综合权衡和考量。

在确定发射率的实际过程中，应该对所用线材的发射率有所了解。假设被测物温度在环境温度之上，若是发射率选值过高，往往会导致红外测温结果低于实际值，反之则可能因耐火材料、加热系统、火焰等背景物红外辐射的影响降低温度测量准度，因此要在红外测温仪安装环节消除这一风险，最好保证探头避开具有反射性的红外辐射源。如果温度测量值高达380 ℃，可在被测物上放置特殊的塑料片予以完全覆盖，以此调整发射率至0.95，随后先后测量塑料片与周围环境的温度，调节发射率使显示值和塑料片的温度一致。也可以在黑颜料（发射率为0.98）的作用下涂平一部分的被测物体表面，然后调整高线红外测温仪发射率至0.98，随后先后测量该部分与相邻边缘的温度值，并调节发射率显示值与上述温度一致。但以上处理方法的使用，要求被测物体温度必须不同于环境温度。

3.2 保持测温头与被测物距离合适

为减小由测温头与被测物距离设置引发的温度测量误差，建议高线红外测温仪光学视场被被测物完全填满，同时提高设备物体距离与被测光点大小之间的比值，以获得更好的设备分辨率，方便即使处于更远的距离也可对更小光点的温度进行测量。同时鉴于准确度的重要性，还要目标尺寸大于2 倍的光点尺寸，配以正确的测温距离系数，确保高线红外测量距离合适，测温效果理想。

3.3 尽量消除氧化铁皮和环境的影响

氧化铁皮因素的控制通常需要根据实际情况选择合适的温度测量头，如对于加热炉出锟道的红钢，考虑到此时的红钢具有较大的热容量且内外温度基本一致，故建议在其出炉数秒后利用单色测量头进行测温，此时氧化铁皮对红外测温的干扰较小。对于轧制过程中的红钢，因有较长的时间与空气接触，致使氧化铁皮生成较多，会严重影响红外测温，因此最好在选用双色测量头的同时，尽量将其安装于较远位置，并考虑到测量头与被测物之间的角度，而且由于氧化铁皮低于90%的被测面，轧制过程处于连续运动状态，只需借助计算机计算出该段时间内的最高点即可。而对于环境因素的控制，则要充分考虑水雾与烟雾的影响，若无特殊要求尽量选用双色测量头，以降低两者对温度测量精度的干扰，并予以规范安装和使用维护。对于振动、噪声、电磁场等的不良影响，可设置保护外壳或者利用水冷对传感器加以保护，若实在无法规避，则要增设窥镜管于测量头之上，经压缩空气吹除灰尘清扫测量通道，以此进一步提高高线红外测温的准度与精度。