液体测温方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及液体测温方法，尤其涉及能够对高温或腐蚀性液体进行在线测温的液体快速测温方法。
【背景技术】
[0002]光谱测温仪是以黑体辐射理论(普朗克定律:单位面积黑体在半球方向发射的辐射通量E是波长和黑体温度函数)为依据，采用的是综合型测温方法。它是由探测管和光谱测温仪两部分组成，可用来测量各类高温炉和熔液内部的实际温度，不受环境污染以及目标黑度系数的影响。
[0003]由于某些待测金属液体的高腐蚀性，测温基本上用1，用K型铠装热电偶进行间断式测温；2，在必须采用在线式测温的场合，(保护管通常做的很粗，壁很厚)来达到延长使用寿命的目的。上述间断两种方法都存在以下问题:利用传统测温方法测温时，尤其在金属液体测温领域，由于待测液体具有高腐蚀性，基本上用采K型铠装热电偶进行间断式测温，无法实现在线测温的实时性与精确性，而在现有的在线式测温系统中由于保护管壁较厚，温度响应严重滞后，系统稳定性和精确度不高。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目在于提供一种具有在线的液体测温方法，可以有效的解决保护管耐腐蚀性差、热电偶测量精度差、响应慢等缺点，具有快速响应I秒测温，测量准确，使用寿命长等优点。
[0005]本发明液体测温方法是应用于液体测温系统的方法，该液体测温系统包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头，该液体测温方法包括所述光学测量系统采集所述金属光学筒内的液体耙面的光谱信号，并传递至所述光谱测温仪的步骤；所述光谱测温仪将所接收来的光谱信号转换成电信号，并电信号转换成温度数据输出至所述数据记录仪的步骤；和温度数据在所述大屏显示器上显示的步骤。
[0006]优选还包括间歇式吹扫步骤，S卩，在所述光学测量系统采集光谱信号期间，通过所述气源控制器间歇式地对所述金属光学筒内吹送气体的步骤。
[0007]优选所述气源控制器通过单向截止阀控制吹扫气流。
[0008]优选在进行气体吹扫时，所述光学系统不采集光谱数据。
[0009]优选当进行测温时，所述金属光学筒插入测温液体中150-200mm。
[0010]优选所述金属光学筒是利用耐高温金属制成的圆筒形金属光学筒，其长度与直径之比大于10，所述气源控制器根据所述金属光学筒的直径吹送气体。
[0011]有益效果:
[0012]1、本发明结合接触式和非接触测量式两者的优点，兼顾接触测量的高精度和非接触测量式的快速，从而实现了对液体快速准确的测量。
[0013]2、本发明在产品结构设计上，克服了接触式与非接触式测量的天然缺点，融合两者优点，实现了两者的完美统一。可以实现秒的快速响应、小于3°C的精确测量、超长6个月的使用寿命。克服了接触测试的反应慢；非接触测量的误差大的缺点。
[0014]3用空气动力气流进行间断吹扫，保护了光学系统的测量窗口的洁净，能够真实反映液体靶面的温度(金属光学筒的通孔直接插在熔液体内一定深，此时熔融液体在金属光学筒内的液面叫液体靶面)。并保证了仪器可以长期正常工作。
【附图说明】
[0015]图1为本发明液体测温系统总体结构示意图。
[0016]图2为对金属光学黑体管被气体吹扫时的示意图。
【具体实施方式】
[0017]本项目设计方案见图1拟采用融合接触式测温和非接触式测温，气膜保护的光学通道，采集到被测物的光谱信号从而得知温度。
[0018]该系统包括复合陶瓷保护管4、单向截止阀7、气源控制器9、光学测量系统(6、10、11)、光谱测温仪12、数据记录仪13、大屏显示器14。主要部件作用:复合陶瓷保护管4具有抗腐蚀，壁厚等性能，用于保护金属光学黑体筒6，延长使用寿命；金属光学黑体筒4用于被测物体的光谱通道和气膜吹扫通道；气膜控制器7用于气膜产生及控制；单向截止阀7用于气流的单向控制；光学镜头11前安装有用户保护的测量窗口 10，光学镜头11透过测量窗口 10对小目标的图像信号进行采集；光谱测温仪12用于将图像光谱转化为温度数据；数据记录仪13用于对数据进行记录和保存；大屏显示器14用于温度显示，供生产人员观察
[0019]如图2所示，复合陶瓷保护管4为圆柱形筒状，中间通孔，采用耐腐蚀的材料，设计的壁厚很厚，可以长时间耐腐蚀侵蚀。金属光学黑体筒6为圆柱形筒状，中间通孔，与复合陶瓷保护管4通过螺纹形式连接，两者螺纹之间是具有气密性。金属光学黑体筒6是由耐高温金属制成，内部通过光学表面处理。在线测量时，用支架5稳定固定在容器I的上盖3上。测量前将复合陶瓷保护管4缓慢垂直插入容器I盛装的被测熔融液体2内150-200mm，复合陶瓷保护管4内部的金属光学黑体筒6及连接口都是被设计成气密性，由于气压的存在，当插入液体时，熔融液体2无法进入金属光学黑体筒6内。当复合陶瓷保护管4插入一定深度后，熔融液体2的靶面与密闭的金属光学黑体筒6形成一个空腔，空腔的长度与内径之比远远大于10，当有一束能量光谱射线从金属光学黑体筒6开口端射入管内，由于管子细长，射线在管内要经过多次反射才能从原入射管口发射出来。因此光谱射线的大部分能量被留在管内，故其吸收率近于1，且在测温范围内近似保持为常量，在工业上可以视为黑体。
[0020]此时，熔融液体2的光谱信号同温度有一个稳定的函数关系，通过测量光谱值的大小就可以感知温度的变化。光学测量系统通过光学金属黑体筒6采集到熔融液体2的光谱图像信号，通过光谱测温仪12把光谱信号换算成相对应的温度值。数据通过数据记录仪13记录，在通过大屏显示器显示，以供生产使用。
[0021]具体的测试原理及步骤如下
[0022]首先光学测量系统通过金属光学黑体筒6不断采集位于其内部的液体靶面的光谱图像信号，即、靶面的光谱信号通过在金属光学黑体筒6，透过测量窗口 10而传递至光学镜头11，光谱测温仪12将光学镜头11传递来的光谱信号转化为电信号，并将电信号转化为温度数据传送至数据记录仪13，数据记录仪13与大屏显示器14相连，以供工作人员直观了解温度数据。
[0023]在长期在线工作中，在光学黑体筒6内会具有高温熔融液体挥发出的各种杂质气体，底部高温气体上升，温度较低的上层气流下降，在空腔内形成气流流动及循环，挥发气体所含的杂质在循环中会对光学通道及测量窗口 10产生污染，造成光谱信号的失真，导致系统无法长时间准确地测量。为了解决这个问题，在金属光学黑体筒6上端，开一个气孔，利用气源控制器9对金属光学黑体筒6内的气体通道进行吹扫，气源控制器9通过单向截止阀7和气体管路8与金属光学黑体筒6连接。气源控制器9的气体流量的大小、速度都是可调节的，吹扫的时间及时间间隔都是可以调整的。
[0024]气源控制器9不工作时，金属光学黑体筒6内部是密闭的，气源接口处由于单向截止阀7的存在，内部是密闭的，气体无法流出。根据现场实际情况，当管内挥发物质形成一定量的时候，开启气源控制阀，洁净的空气通过单向截止阀7，向金属光学黑体筒内6吹扫。金属光学黑体筒6内径设计的很小，小于10_，同样，气源控制器9气流流速设计的很慢，这样的话，大容量的熔融液体2的温度场对小气流造成的影响可以忽略不计，不会对目标温度产生影响。
[0025]为了避免吹扫气流造成对温场测量的影响，可以在气源吹扫期间及吹扫过后几秒内，气源控制器9给数据记录仪13—个信号，对这段时间内(小于1s)数据不予采样或剔除。通过对光谱对热能光源分析处理，送至智能温度记录仪进行运算，温度记录仪的数据通过无线或RS485方式，发送到大屏显示器14以供现场显示。
[0026]利用本发明的液体测温方法进行在线测温的基本误差小于0.3% F.So测量范围是500-1100°C。显示分辨率:1°C。其中供电部分包括:光谱仪测温部件为无源，分析部件采用DC 24V供电，显示部件采用AC220V供电。显示数码尺寸:测量部件:0.5英寸，显示部件:5英寸。整个系统的工作环境包括:光谱仪测温电子部件承受环境温度< 200°C，仪表承受环境温度O?50°C，相对湿度85%。仪表内部冷端补偿温度范围:0?50°C。
[0027]其中系统设备外形尺寸中光谱测温仪可根据现场安装要求和用户的要求情况定制数显表，规格有:160 X 80 X 70mm，大屏显示部件:525 X 200 X 80mm和自定义规格。其中数显表重量约0.5kg ;显示部件约7kg。无线传输距离大于100米；测量部件功耗小于300mW ；显示部件小于low。
[0028]以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。
【主权项】
1.一种液体测温方法，其应用于液体测温系统，该液体测温系统包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头， 该液体测温方法的特征在于:包括所述光学测量系统采集所述金属光学筒内的液体靶面的光谱信号，并传递至所述光谱测温仪的步骤；所述光谱测温仪将所接收来的光谱信号转换成电信号，并把电信号转换成温度数据输出至所述数据记录仪的步骤；和温度数据在所述大屏显示器上显示的步骤。
2.根据权利I所述的液体测温方法，其特征在于:还包括间歇式吹扫步骤，即，在所述光学测量系统采集光谱信号期间，通过所述气源控制器间歇式地对所述金属光学筒内吹送气体的步骤。
3.根据权利2所述的液体测温方法，其特征在于:所述气源控制器通过单向截止阀控制吹扫气流，间歇吹扫的时间可以自定义。
4.根据权利2所述的液体测温方法，其特征在于:在进行气体吹扫时，所述光学系统不采集光谱数据。
5.根据权利I所述的液体测温方法，其特征在于:当进行测温时，所述金属光学筒插入测温液体中，插入深度根据工艺要求选择。
6.根据权利I?5中任一项所述的液体测温方法，其特征在于:所述金属光学筒是利用耐高温金属制成的圆筒形金属光学筒，其长度与直径之比大于10，所述气源控制器根据所述金属光学筒的直径吹送气体。
【专利摘要】本发明提供了一种液体测温方法，其应用于液体测温系统，该液体测温系统包括光学测量系统、气源控制器、光谱测温仪、数据记录仪和大屏显示器，所述光学测量系统包括金属光学筒、测量窗口和光学镜头。该液体测温方法包括所述光学测量系统采集所述金属光学筒内的液体靶面的光谱信号，并传递至所述光谱测温仪的步骤；所述光谱测温仪将所接收来的光谱信号转换成电信号，并把电信号转换成温度数据输出至所述数据记录仪的步骤；和温度数据在所述大屏显示器上显示的步骤。本发明融合接触式测温高精度和非接触测温高响应的优点。不仅可以弥补现有在线式测温系统中因保护管壁厚导致的响应速度慢的弊端，同时具备高精度和高响应的特点。
【IPC分类】G01J5-00
【公开号】CN104864965
【申请号】CN201510337245
【发明人】蔡捷伟
【申请人】中国航天空气动力技术研究院
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月17日