专利名称:高温测定温度的方法
本发明是通过一个辐射器正面辐射进行辐射补偿的高温测定真实温度的方法。
在所有对于使用接触式温度计来说，被测温度太高和/或被测物表面例如由于它的敏感性而不能直接接触的地方都使用辐射高温计测温。辐射高温计的另一优点是依照所允许的测试距离，它不会使被测物的温度场发生变化;然而，它的主要缺点是在所有情况下被测物并不是一个理想的辐射体，也就是说不是一个具有辐射率为1的黑体。非完全辐射体的辐射率就与它的温度，波长，被测物的组份及它的表面特性有关。公知的全辐射高温计，部分辐射高温计和比色高温计都因此以非常不同的方式受到干扰影响，而由于辐射率波动所产生的测量误差不可能得到全部的补偿。
产生测量误差的另一个原因来自于在测量炉窑(例如热处理炉窑)中的温度时炉壁的影响，也就是说，例如，如果壁温超过被测物的温度，那么，只有在辐射率为1或是在灰色辐射体的情况下才能无误差地测量被测物温度。在热处理件(例如带铜)辐射能力一般都比较低的情况下，辐射高温计相应地吸收较低的辐射能并附加地吸收一部分由被测物反射了的炉壁的辐射。由此，一个具有较低被测温度和较低的辐射率的被测物在高温计上的显示温度提高了。当被测物温度超过壁温时，这种关系就反过来。
由于被测物温度和炉壁温度间的温度差总是不断地变化，所以由炉壁影响产生的测量误差只能通过采取昂贵的屏蔽措施来避免，也就是进行补偿。在把一个冷的被测物放入炉中时，高温计按炉壁的温度测得温度为好几百度，这是可能的，因为在这种情况下，炉壁的辐射远远超过了被测物的辐射。随着被测物温度升高，虽然误差降低，但这种误差，按照被测物辐射能力和炉壁辐射能力的变化仍然存在，以致指示的温度或十分多地或较少地偏离被测物实际的温度。
根据校正被测物的辐射率，也就是说调节到一个黑体的辐射率的建议，使用一有源的辅助辐射器的公知方法，它的辐射垂直落到被测物表面。该方法基于这样一种考虑，即，在辅助辐射器正面辐射时，反射率加上辐射率为1。借此得到一个黑体辐射体的辐射密度。
借助于正面辐射的辐射补偿虽然使高温计测得的温度尽可能地接近于被测物真正的温度;但是，这一方法的缺点在于它需要一个非常热的，昂贵的并且很灵敏的辅助辐射器，以使辅助辐射器和被测物之间的温差尽可能地小。这一温差对于测试结果是十分重要的。这种辐射器，例如氙一钨带灯管几乎不适用于重要的技术方法，特别是不适于粗糙工件的热处理过程。因为它几乎不能安放在热处理件的附近。但这是需要的，因为在测试距离和辅助辐射光束对被测面的垂直线可允许的偏离之间存在着一定的相互关系。这种公知方法的另一个缺点在于，相应于辐射器和被测物间的距离，它需要例如借助于准直仪，对于由高温计观测的总的光班来说，辐射一在被测物温度下与黑体辐射相当的辐射密度。这在使用带状丝灯管的情况下是困难的，因为它不是平面辐射器，并因此必须随被测物平面/辐射器距离的变化进行计算。在使用反射器的情况下，在测试区域也可能达到一种过辐射，亦即达到超过黑体的辐射。
此外，还需要连续地把辐射器温度和测试光班温度进行比较。为避免误差，这必须用一个单一的测量元件来进行，它需要一套自己的透镜组。就是这样，困难还在于在技术上，其反射是由一有方向性的部分及一漫射部分所组成，这些部分不是已知的。它们不仅与方向有关，而且和温度有关。因此，这种方法只适用于只有定向反射的被测物。
最后，带状丝灯管的辐射光谱必须与高温计的测试频谱范围完全一致。在使用多个带状丝灯管时，必须同时测试。带状丝灯管辐射束可能的偏振也会导至测量误差。
因此，使用这种辅助辐射器进行高温测试时，炉壁的影响没有被排除或至少没有减小到最低限度，因为炉壁的辐射仍然到达被测物表面并在那里被反射。
本发明的任务在于消除前面所提到的用一有源辅助辐射器正面辐射进行辐射补偿测试温度的缺点。可能地也最大限度地排除使用测试结果出现误差的炉壁的影响。
该任务的解决方案基于这样一种考虑代替一有源的辐射器，使用一进行辐射并同时反射的平面，以使被测物的辐射能力与一黑体的辐射能力相同。
更详细地说，本发明在于，在前面所提到的这种方法中，距被测物表面一定距离装有一个带测试孔的补充平面，一由被测物出发的测试辐射通过该测试孔到达高温计的镜头。这里补充平面最好由具有相同辐射或相近辐射的材料制成，在热处理炉的情况下，例如一个用于带钢连续热处理炉的情况由金属平面制成。
在理想情况下，通过辐射和多次反射，补充平面使被测物表面的辐射能力补充到1。补充平面应尽可能地大，为的是能采用简单的方式使补充平面到被测物表面的距离与补充平面的膨胀相比尽可能地小。在使用这种补充平面的情况下，辐射率得到改进，因为，这二个平面除了它们自己的本身温度所具有的辐射外，还以反射的方式相互发出由相对接收平面的辐射。在相同的表面温度下，这使得由二个平面所给出的辐射能不取决于辐射率，这样，实际上得到一黑体的情况。
补充平面的尺寸及它到被测物平面的距离视具体情况而定。但是被测物表面和比较平面间的间隔容积应尽可能的小，而补充平面应尽可能的大，从而尽可能地增强辐射率，同时尽可能地排除炉壁的影响。在园形表面的情况下，增强量ε由等式b＝h/r确定，在其它有限平面的情况下由等式
确定。其中h为补充平面和被测物之间的距离，r为直径，F为补充平面的大小，间隔容积b＜ (ε)/2.5 是有益的。
因为被测物和补充平面直接相邻，因此，在一般情况下温度差已特别小。如果不是这种情况，则可冷却补充平面，或者也可加热补充平面。这没有困难，因为对这种补充平面不难以冷气体或热气体或用辐射来作用以及安装冷却部件或加热部件，还可以借助接触式温度计例如热电偶对其进行准确的温度测试及调节。
另一方面，也存在这种可能性，在相同辐射率的情况下，依据准确测量补充平面的温度，通过计算来确定补充平面的辐射部分。
补充平面的外形视被测物外形而定;在测薄板及带材温度时，采用平的比较平面是合适的。但是，例如用弯成半园形或弓弧形的比较平面也是可能的。对于测试结果关键的是补充平面的外形，它的表面应平行于被测物的表面;除此之外，补充平面可是任意的，例如弯成弓弧形。决定性的仅在于补充平面和被测物表面间的缝隙宽度。
为了实施发明所说的方法，在大多数情况下使用测试室是恰当的，测试室的一个室壁做为补充平面，该补充平面有一测试孔，该测试室壁一侧为高温计的透镜组，另一侧为被测物，二者相对放置。对这样一种测试装置许可进行特别灵敏的温度控制，例如通过特殊的冷却部件和/或加热部件或者也可以用冷却气体或加热气体。
在使用这种测试室的情况下，垂直于测试辐射轴线的测试室的直径最好十倍于被测物表面和补充平面间的距离。
发明所说的方法适用于例如深冲带钢的热处理。在热处理时迅速地加热到处理温度以及同样地迅速的冷却是关键性的，并存在过高屈服点和冷作时效的危险;这特别涉及到铝合金镇静钢。
此外，发明所说的方法还适用于监视冷轧带材光亮退火时的表面温度，合成材料带材冲压时的轧制温度以及如象处于爆炸危险环境中输送带这样的机器的温度。
下面，用三个在附图中描述的实施例详细地解释本发明。在附图中图1 根据发明，带有一平坦的补充平面的测试装置图2 一带有被加热的补充平面的测试室，以及图3 图解说明带有用于高温计的罩子的测试室。
图1描述的实施例是一个连续热处理的情况，其中，很长的钢带材1连续地经过一个没有画出的热处理炉并根据预定的计划进行重结晶和时效处理，一个带有测试孔3的补充平面2平行于带钢安装，它距带钢的距离很小。在测试孔中装入一个导向辐射高温计4的光导体5，高温计的输出端经过一测量值变换器6与一个没有画出的用于指示被测物即带钢真正温度的指示器相连。
一带有多个触脚的热电偶7和补充平面2相接触，热电偶的输出端经一测试值变换器8和调节器9相连，该调节器9根据补充平面的实际温度以及由高温计测得的被测物温度控制加热部件10的功率，测试值变换器6的输出端也和调节器9相连。
加热部件10绕在保护气体输入管道11上，该管道通向喷射管12，该管的喷嘴对着补充平面2的背面，由喷嘴喷出的保护气体把补充平面2的温度调节至带钢1的温度，这个温度由高温计4测量。
图2所描述的实施例与图1所描述的实施例的实质区别只是在于，补充平面2是测试室15的组成部分，测试室高出炉壁14，它的直径d依补充平面2和带钢1之间的距离h而进行调整，其比值最高为10。使用测试室的优点是使得调节补充平面2的温度较为简单。
图3所描述的测试室15有一个可拆卸的罩子16，它有一盖，图中没有画出，在罩子中有二个弹性夹紧夹17，它们支撑一个托圈19，托圈面向光导体杆5的上端，被支撑在螺旋弹簧18上，托圈19借助于与凸缘20毗邻的弹簧18使光导体杆5在其工作位置上可沿轴向移动，光导体杆的前端装有一透镜21，光导体杆在测试室底部与一类似皮老虎的套管22相邻，螺旋弹簧18容纳光导体杆5的热膨胀。光导体杆装在一个固定的，下面敞开的冷却管23中，它与冷却管保持一定距离，冷却管和一保护气体导管11相连。
用一中间壁24将测试室15水平分开，在下半室25中有二个反射体26，在它的焦点处装有加热部件10。反射体26，测试室壁以及支撑套管22都有喷嘴孔27，保护气体从喷嘴孔喷出。
冷保护气体首先是用来冷却光导体杆5;通过冷却管23和光导体杆5之间和环状空间并首先到达测试室的下半部25，保护气体从测试室的下半部25通过喷嘴口27流入反射体26到达加热部件10，从那儿以适当高的温度到达补充平面，最后经过向外的喷嘴口27离开测试室的下半部25。用保护气体不仅冷却了光导体杆5，而且也可靠地调节了补充平面2的温度。
权利要求
1.通过一个辐射器正面辐射进行辐射补偿的高温测定真实温度的方法，其特征在于，距被测物一定距离安装一个带有测试孔的补充平面。一高温计镜头组的测试光线通过该孔。
2.根据权利要求
1的方法，其特征在于，使补充平面保持和被测物同样的温度。
3.根据权利要求
2的方法，其特征在于，补充平面被冷却或被加热。
4.根据权利要求
1至3中之一的方法，其特征在于被测物表面和补充平面间的距离在所有地方都相同。
5.根据权利要求
1至3中之一的方法，其特征在于把补充平面弯成半园形或弓弧形。
6.实施权利要求
1至5的方法的装置，其特征在于，有一个带有一测试孔(3)的补充平面(2)和一个装在测试孔轴线上的光学高温计(4)。
7.根据权利要求
6的装置，其特征在于，有一个测试室(15)，测试室的一壁即为补充平面，其带有一测试孔(3)，该壁与高温计(4)的透镜组相对。
8.根据权利要求
7的装置，其特征在于，测试室直径d垂直于测试辐射轴线，其值可达被测物平面和补充平面(2)之间距离的10倍。
9.根据权利要求
6至8中之一的装置，其特征在于，补偿平面(2)或测试室(15)装有冷却部件和/或加热部件(12;10)。
10.根据权利要求
9的装置，其特征在于，用于加热部件(10)的调节器(8)和与补充平面(2)相接触的温度探头(7)连接，加热部件绕在导向喷射管(12)的保护气体导管(11)的周围。
11.根据权利要求
6至10中之一的装置，其特征在于，在测试孔(3)和高温计(4)之间有一个光导体，和/或高温计的输出端经过测试值变换器(6)与用于加热部件(10)的调节器(9)相连。
12.根据权利要求
6至11中的一个或多个权利要求
的装置，其特征在于，使用一个比值高温计(4)。
专利摘要
通过辐射和多次反射进行辐射补偿的高温测试真正温度的方法中，安装有一带有一测试孔的补充平面，补充平面与被测物表面相距一定距离。一个高温计镜头组的测试光线通过测试孔引入镜头组。
文档编号G01J5/46GK85104737SQ85104737
公开日1986年12月24日 申请日期1985年6月20日
发明者赫尔穆特·科尔兹, 翰斯·海恩里克·埃特维格 申请人:曼内斯曼股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan