專利名稱：一種高溫液體溫度連續(xù)測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫液體溫度測量，特別涉及一種高溫液體溫度連續(xù)測量方法及裝置。
背景技術(shù)：
在冶金和玻璃等的生產(chǎn)過程中，實現(xiàn)對熔融金屬、玻璃等溫度的連續(xù)測量對調(diào)整生產(chǎn)工藝、降低能耗、提高質(zhì)量有重要意義。
公告號為CN1116593C的中國專利公開了“一種鋼水溫度連續(xù)測量方法和測溫管”，具體方法為提供一個測溫管，該測溫管是復(fù)合管，內(nèi)、外兩套管均是一端開口，一端封閉；將所述測溫管的封閉端插入鋼水中，插入的長度與所述測溫管的內(nèi)徑之比等于或大于15，與所述測溫管的外徑之比大于3；將所述測溫管的另一端與測溫儀相連；通過所述測溫儀對所述測溫管插入鋼水中的內(nèi)套管端部發(fā)出的熱輻射進行分析，從而計算出鋼水的溫度。所述發(fā)明專利的技術(shù)原理是利用黑體輻射測溫，當(dāng)滿足所述比例關(guān)系后，復(fù)合管近似于黑體。但該方法也有不足在鋼水冶煉過程中，鋼水的液面是不斷變化的，當(dāng)液面下降到使測溫管插入鋼水長度不滿足所述比例關(guān)系時，測溫管就不能當(dāng)作黑體，這樣就造成測溫不準(zhǔn)，誤差大。并且當(dāng)鋼水液面較低時，由于傳熱的影響，處于液面以下的測溫管并不能準(zhǔn)確感知鋼水的溫度，其感知溫度要比鋼水實際溫度低。
公告號為CN2729672Y的中國專利公開了一種“高溫液體測溫裝置”，該裝置的工作方式為單層測溫管感知高溫液體的溫度并發(fā)出熱輻射，窺視管中的光學(xué)系統(tǒng)接收測溫管底端的輻射光波并送光電比色傳感器，光電傳感器對光信號進行濾波和分光，并將兩個不同波長的紅外光送光電池轉(zhuǎn)換為電信號，智能儀表根據(jù)電信號測得實際溫度。比色測溫雖然能夠避免灰塵等對測量的影響，但在被測物體不是灰體的時候，同樣存在誤差。本專利同樣沒有解決高溫液面變化對測溫管有效發(fā)射率及測溫管溫度的影響問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種測溫精度較高的高溫液體溫度連續(xù)測量方法及裝置。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下方法實現(xiàn)對高溫液體溫度的連續(xù)測量a.提供一個一端開口、一端封閉的測溫管并將其封閉端插入到高溫液體中；b.提供一個高溫液體液面測量裝置，測得高溫熔池內(nèi)高溫液體液面的高度；c.將所述測溫管和液面測量裝置與測溫儀相連；d.通過所述測溫儀對所述測溫管插入高溫液體中的端部發(fā)出的熱輻射、高溫液體液面的變化進行分析，從而計算出高溫液體的溫度。
所述步驟d中，通過獲知高溫液體液面的高度計算出所述測溫管插入液面的實際長度，由理論計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到所述測溫管內(nèi)壁的實際發(fā)射率和所述測溫管感知溫度與鋼水實際溫度的偏差，測溫儀根據(jù)實際發(fā)射率和溫度偏差對測量的熱輻射進行補償，從而計算出高溫液體的溫度。
所述步驟b中，使用稱重法測得高溫熔池內(nèi)高溫液體液面的高度。
所述步驟d中，所述測溫儀利用輻射測溫或亮度測溫或比色測溫技術(shù)。
所述測溫管是單層管或復(fù)合管，所述復(fù)合管是由內(nèi)、外管套在一起構(gòu)成的，內(nèi)外套管均是一端開口，一端封閉。
所述高溫液體包括熔融金屬或熔融玻璃。
為實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提出了這樣一種高溫液體溫度連續(xù)測量裝置，所述裝置包括一端適于插入高溫液體以感知溫度的測溫管、與測溫管另一端相連接的測溫儀；所述裝置還包括用于測量高溫液體的液面變化并與所述測溫儀相連接的高溫液體液面測量裝置，所述測溫儀和高溫液體液面測量裝置配合從而連續(xù)測溫高溫液體的溫度。
所述高溫液體液面測量裝置包括安裝在高溫液體底部的壓力傳感器或液位測量計。
所述測溫儀是輻射測溫或亮度測溫或比色測溫裝置。
所述測溫管是單層管或復(fù)合管，所述復(fù)合管是由內(nèi)、外管套在一起構(gòu)成的，內(nèi)外套管均是一端開口，一端封閉。
本發(fā)明的技術(shù)原理為在輻射測溫領(lǐng)域中，測溫管插入到熔融液體的長度會影響測溫管內(nèi)壁的有效發(fā)射率。表1顯示了熔融液體溫度為1500℃時，內(nèi)徑為Φ26mm測溫管內(nèi)底端靶面的平均有效發(fā)射率與測溫管插入熔融液體深度的關(guān)系。從表1中可以看出，以插入熔融液體(如鋼水)深度300mm為基準(zhǔn)，當(dāng)插入深度變?yōu)?00mm時，靶面平均有效發(fā)射率的差值為0.012456，由此帶來的溫度偏差為5.42℃。由此可見插入熔融液體深度不滿足黑體空腔條件時，所帶來的測溫誤差是相當(dāng)大的。
需要指出的是，熔融液體溫度本身的變化也會影響測溫管的有效發(fā)射率，從而導(dǎo)致測溫的不準(zhǔn)確。但通過理論分析表明，熔融液體溫度變化所導(dǎo)致的測溫管有效發(fā)射率的變化是很小的，可以忽略不計。表2中計算了在插入熔融液體(如鋼水)深度為100mm時，不同熔融液體溫度對發(fā)射率的影響。從表2中可以看出，如果假定熔融液體(如鋼水)的溫度為1500℃，與1400℃及1600℃時的發(fā)射率差值分別為0.00043和0.00041，由此帶來的溫度偏差為0.1914℃和0.18301℃，可見偏差是是非常小的。
還需要指出的是，當(dāng)測溫管插入熔融液體的長度比較短時，由于存在的散熱影響，測溫管感知溫度與熔融液體(如鋼水)實際溫度也會有偏差。如表3所示，當(dāng)鋼水實際溫度是1500℃，不同插入深度情況下測溫管測得的溫度，如當(dāng)插入深度是50mm時，測溫管的感知溫度與實際溫度偏差已達5℃，這種偏差是不能忽略的。隨著測溫管插入深度的變大，這種偏差逐漸變小。
根據(jù)傳熱分析和輻射理論研究，按照本發(fā)明的技術(shù)方案，由于考慮到了高溫液體液面變化對測溫管有效發(fā)射率的影響以及對感知溫度與實際溫度偏差的影響，因此，不管測溫管插入鋼水深度為多少，是否滿足黑體空腔的條件，都不影響高溫液體溫度連續(xù)測量的準(zhǔn)確性。


圖1是本發(fā)明的一種高溫液體溫度連續(xù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的另一種高溫液體溫度連續(xù)測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的一種測溫管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的另一種測溫管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳盡描述。
實施例1如圖1所示，用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的對高溫液體溫度進行連續(xù)測量的方法的裝置，應(yīng)用在鋼包6中鋼水7連續(xù)測溫中，所述裝置包括測溫管2、測溫儀以及與測溫儀相連接的液面測量裝置5。所述測溫儀是一輻射測溫裝置，包括安裝在測溫管2一端的測溫探頭3、光纖4、信號處理器1。所述液面測量裝置5如壓力傳感器安裝在鋼包6的底部，利用稱重法測得鋼水7的液面高度。當(dāng)然也可以用液位計等裝置去取代所述壓力傳感器。在對鋼水溫度連續(xù)測量時，將測溫管2固定在蓋子8上，從而插入鋼水7中。
所述測溫管2采用復(fù)合管結(jié)構(gòu)，如圖3所示，內(nèi)外套管21、22均是一端開口、一端封閉，封閉端插入到鋼水7中。外管21可選用一些耐高溫、耐渣侵、耐腐蝕的材料，如Al2O3、C或Al2O3、C、Zr或SiC。內(nèi)管22選用一些發(fā)射率高、耐高溫、不揮發(fā)的材料，如Al2O3。另外，外管21的外壁最好涂有防氧化涂層，提高對鋼水7的抗腐蝕能力。
下面描述對鋼水7溫度連續(xù)測量的過程。首先將測溫管2插入到鋼水7中，測溫管2的底端發(fā)出紅外輻射；鋼水液面測量裝置5測得鋼水7液面的高度；測溫探頭3接收測溫管2底端發(fā)出的紅外輻射信號，并通過光纖4送至信號處理器1，同時測得的鋼水7液面高度信號也送信號處理器1；信號處理器1根據(jù)液面高度信號得到測溫管2插入到鋼水7中的長度，并根據(jù)信號處理器1內(nèi)存儲的數(shù)學(xué)模型或理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(如通過表1插值得到)從而實時計算出測溫管2的有效發(fā)射率；同時當(dāng)鋼水7液面較低時，由于散熱等原因測溫管2此時的感知溫度要比鋼水7實際溫度要低，因此還需要對測得的感知溫度進行補償，這種補償可以通過信號處理器1內(nèi)存儲的數(shù)學(xué)模型或理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(如通過表3插值得到)進行；測溫儀這時就可通過接收到的測溫管2底端的紅外輻射信號，利用得到的測溫管2的有效發(fā)射率和測溫管2感知溫度與鋼水實際溫度的偏差對測得信號進行補償，通過輻射測溫技術(shù)計算出鋼水7的真實溫度。
表1靶面平均有效發(fā)射率(鋼水溫度為1500℃，不同的腔體插入深度)

表2靶面平均有效發(fā)射率(插入深度為100mm，不同鋼水溫度的情況)

表3測溫管的測得溫度(鋼水溫度是1500℃，測溫管在不同插入深度下)

實施例2如圖2所示，用于實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的對鋼水溫度進行連續(xù)測量的方法的裝置，應(yīng)用在鋼包6中鋼水7連續(xù)測溫中，所述裝置包括測溫管2、測溫儀以及與測溫儀相連接的液面測量裝置5。所述測溫儀是一比色測溫裝置，包括安裝在測溫管2一端的測溫探頭3、分光裝置9、光纖4，10和信號處理器1。液面測量裝置5如壓力傳感器安裝在鋼包6的底部，利用稱重法測得鋼水7的液面高度。當(dāng)然還可以用液位計等裝置去取代所述壓力傳感器。在對鋼水7溫度連續(xù)測量時，將測溫管2固定在蓋子8上，從而插入鋼水7中。
所述測溫管2采用單管結(jié)構(gòu)，如圖4所示，測溫管2一端開口、一端封閉，封閉端插入到鋼水7中。測溫管2的材料可選用Al2O3、C或Al2O3、C、Zr或SiC，外壁最好涂有防氧化涂層，提高測溫管2對鋼水7的抗腐蝕能力。
下面描述對鋼水7溫度連續(xù)測量的過程。首先將測溫管2插入到鋼水7中，測溫管2的底端發(fā)出紅外輻射；鋼水液面測量裝置5測得鋼水液面的高度；測溫探頭3接收測溫管底端發(fā)出的紅外輻射信號，并通過光纖4送至分光裝置9，由分光裝置9分成兩路不同波長的光，之后兩路光信號通過光纖10送信號處理器1，同時測得的鋼水7液面高度信號也送信號處理器1；信號處理器1根據(jù)液面高度信息得到測溫管2插入到鋼水7的長度，并根據(jù)信號處理器1內(nèi)存儲的數(shù)學(xué)模型或理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(如通過上述表1插值得到)實時計算出測溫管2的有效發(fā)射率；同時當(dāng)鋼水7液面較低時，由于散熱等原因測溫管2此時的感知溫度要比鋼水7實際溫度要低，因此還需要對測得的感知溫度進行補償，這種補償可以通過信號處理器1內(nèi)存儲的數(shù)學(xué)模型或理論和經(jīng)驗數(shù)據(jù)(如通過表3插值得到)進行；測溫儀這時就可通過接收到的測溫管2底端的紅外輻射信號，利用得到的測溫管2的有效發(fā)射率和測溫管2感知溫度與鋼水實際溫度的偏差對測得信號進行補償，通過比色測溫技術(shù)計算出鋼水7的真實溫度。
需要指出的是，上述實施方式不應(yīng)理解為對本發(fā)明保護范圍的限制。比如說，上述測溫儀還可以采用亮度測溫技術(shù)，而高溫液體也可以是其它熔融金屬或玻璃等。本發(fā)明的關(guān)鍵是，通過加入高溫液體液面測量裝置，實時測得液面的變化，進而通過測溫儀實時得到測溫管的有效發(fā)射率，并對測得的測溫管的感知溫度進行補償，從而達到準(zhǔn)確測溫。在不脫離本發(fā)明精神的情況下，對本發(fā)明作出的任何形式的改變均應(yīng)落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高溫液體溫度連續(xù)測量方法，包括步驟a.提供一個一端開口、一端封閉的測溫管并將其封閉端插入到高溫液體中；b.提供一個高溫液體液面測量裝置，測得高溫熔池內(nèi)高溫液體液面的高度；c.將所述測溫管和液面測量裝置與測溫儀相連；d.通過所述測溫儀對所述測溫管插入高溫液體中的端部發(fā)出的熱輻射、高溫液體液面的變化進行測量和分析，從而計算出高溫液體的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟d中，通過獲知高溫液體液面的高度計算出所述測溫管插入液面的實際長度，由理論計算或經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到所述測溫管內(nèi)壁的實際發(fā)射率和所述測溫管感知溫度與鋼水實際溫度的偏差，測溫儀根據(jù)實際發(fā)射率和溫度偏差對測量的熱輻射進行補償，從而計算出高溫液體的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟b中，使用稱重法測得高溫熔池內(nèi)高溫液體液面的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟d中，所述測溫儀利用輻射測溫或亮度測溫或比色測溫技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測溫管是單層管或復(fù)合管，所述復(fù)合管是由內(nèi)、外管套在一起構(gòu)成的，內(nèi)外套管均是一端開口，一端封閉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述高溫液體包括熔融金屬或熔融玻璃。
7.一種高溫液體溫度連續(xù)測量裝置，所述裝置包括一端適于插入高溫液體以感知溫度的測溫管、與測溫管另一端相連接的測溫儀；其特征在于所述裝置還包括用于測量高溫液體的液面變化并與所述測溫儀相連接的高溫液體液面測量裝置，所述測溫儀和高溫液體液面測量裝置配合從而連續(xù)測量高溫液體的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述高溫液體液面測量裝置包括安裝在高溫液體底部的壓力傳感器或液位測量計。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述測溫儀是輻射測溫或亮度測溫或比色測溫裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述測溫管是單層管或復(fù)合管，所述復(fù)合管是由內(nèi)、外管套在一起構(gòu)成的，內(nèi)外套管均是一端開口，一端封閉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高溫液體溫度連續(xù)測量方法，包括步驟a.提供一個測溫管并將其封閉端插入到高溫液體中；b.提供一個高溫液體液面測量裝置，測得高溫熔池內(nèi)液面的高度；c.將所述測溫管和液面測量裝置與測溫儀相連；d.通過所述測溫儀對所述測溫管插入高溫液體中的端部發(fā)出的熱輻射、高溫液體液面的變化進行測量和分析，從而得出高溫液體的真實溫度。此外，本發(fā)明還公開了用于實施該方法的裝置，所述裝置包括一端適于插入高溫液體以感知溫度的測溫管、與測溫管另一端相連接的測溫儀；所述裝置還包括用于測量高溫液體的液面變化并與所述測溫儀相連接的液面測量裝置，所述測溫儀和液面測量裝置配合從而連續(xù)測量高溫液體的溫度。
文檔編號G01J5/50GK1908601SQ200610052948
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月10日
發(fā)明者胡松, 於志平, 李增珍, 孫敬文, 王健 申請人:王健