专利名称：辐射快速测量熔融金属液温度的方法及其传感装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测量方法及器具，特别是指一种辐射快速测量熔融金属液温 度的方法及其传感装置。
技术背景目前对熔融金属液的温度测量广泛釆用消耗性热电偶头，其枪体组成为 电极头、补偿导线、铁管等简单的结构。近来由于测温热电偶的丝材价格急 剧攀升，技术人员都在努力研究开发测量熔融金属液温度的新方法，利用红 外光学技术以及黑体、灰体的有关性能，研制多种辐射测温仪。但是辐射测 温一般是非接触式测温，测量的是熔融金属表面的温度，不能测得内部真实 的温度，且受被测物体的黑体发射率以及测量环境的因素影响大，抗干扰性 差。目前国内有报导，可以釆用石墨或金属陶瓷作为黑体空腔插入熔融金属液进行连续测温，但不能实现钢水内部温度的快速间断性测量。还有日本NKK 公司开发的消耗型光纤辐射温度计是将光纤的端头浸入熔融金属液中，利用 光纤断面的芯线和包层形成的圆简空腔作为微型黑体空腔，消耗光纤快速测 量熔融金属液的温度，但是釆用的是FIMT (fiber in metallic tube)光纤， 价格较贵目前国内市场少见，整个测量装置庞杂昂贵。这些设计虽然很好的 解决了光学辐射测量熔融金属液温度的障碍，但还是难以实现熔融金属液内 部温度的精确测温。 发明内容本发明的目的在于提供一种辐射快速测量熔融金属液温度的方法及其传 感装置，实现了非接触辐射测温与接触测温的有机结合，利用光学辐射测温 原理实现对熔融金属液内部温度的间断性精确测量。本发明的整体技术构思是辐射快速测量熔融金属液温度的方法，包括如下工艺步骤A、 辐射信号釆集装置釆集的热辐射信号；B、 热辐射信号经由光通道腔体4后由耦合装置耦合到光纤中；c、经滤光选出待测波长的辐射信号后进入光电转换电路，经过光电转换电路转换、放大后的电信号接入显示仪表显示被测熔融金属液温度。 本发明中传感装置的整体技术构造是包括内置于耐高温管10内的辐射信号釆集装置、依次设置于辐射信号釆 集装置后部、并与其连接的光通道腔体4、耦合装置、光电转换电路，光电转 换电路连接显示仪表。本发明的具体技术解决方案是辐射信号釆集装置选用微型黑体空腔测温探头2,该微型黑体空腔测温探 头2设于准直插件内、并通过其套装固定于耐高温管IO的前端，其后部与沿 耐高温管10轴向设置的光通道腔体4前端连接，微型黑体空腔测温探头2前 端延伸出耐高温管IO—端口外。所述的微型黑体空腔测温探头2选用专利号 为200520135453.1中公开的微型黑体空腔测温探头。微型准黑体空腔优选几 何尺寸较小的，这样温度分布就会很均勻，容易达到温度平衡，也更适合快 速温度测量，并且易制作，且成本低。耦合装置包括但不局限于选用直接耦合、透镜耦合或自聚焦耦合中的一 种。其中优选的技术方案为透镜耦合。光电转换电路包括但不局限于以下形式由光电池C、运算放大器G、电 阻R组成，其中由光电池C、运算放大器G、电阻R组成，其中电阻R的l脚、 将光电池接在运算放大器G的正反相输入端，利用运算放大器G的特点，使 偏压近似为零，暗电流也减小到最小。为便于加工、装配和运输，耐高温管io的中部可选用为一分段式套管伸 缩结构。在相邻的套管连接处设有一锁紧套9。所述的光通道腔体4为一沿轴向套装固定于耐高温管10内壁的管状腔体。辐射信号采集装置优选的技术方案为辐射信号釆集装置中的微型黑体 空腔测温探头2外周套装有屏蔽帽1，该屏蔽帽1设置于环形固定底座3内， 该环形固定底座3通过准直套管插件与耐高温管IO前端口套装固定配合。准直套管插件包括一连接环形固定底座3的防护套管、连接于防护套管另一端 与耐高温管IO之间的管件。该准直套管插件可根据需要与环形固定底座3采 用一体化成形。耐高温管10的后端固定有手柄11。耐高温管10的后部还可装配有与显 示仪表适配的电缆接口或接头。本发明所取得的技术进步在于1、 釆用灵巧的结构设计，实现了非接触辐射测温与接触测温的有机结合， 与传感空腔结合用于快速测量熔融金属液内部温度，可以替代当今使用的钢 水快速测温热电偶装置，节约贵金属材料。2、 将耦合装置设置在耐高温导管内，这样即保护了耦合装置。3、 为实现钢水温度的内部测量，微型黑体空腔测温探头可以插入到金属 液中，消除烟气和融渣的干扰。可以无缝替代消耗性热电偶头，实现熔融金 属液温度的快速间断测量。
本发明的附图有图1是本发明的整体结构示意图。图2是本发明的光电转换电路的电原理示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步描述，但不作为对本发明的限定。 本实施例主要用于对熔融钢水的内部温度测量，其整体结构如图示，其 中包括内置于耐高温管10内的辐射信号釆集装置、光通道腔体4、耦合装置、 光电转换电路、以及外接的显示仪表，其中辐射信号釆集装置将釆集到的热 辐射信号依次经由光通道腔体4、由耦合装置耦合到光纤中，经滤光选出待测 波长的辐射信号后进入光电转换电路，经过光电转换电路转换、放大后的电 信号接入显示仪表，显示被测熔融金属液温度。滤光选用设置于光电转换电 路前部的滤光片。选择钢水发出850nm波长红外波段，经过滤光片将其他波 长过滤后，光电池C将接收到的光信号转换成电信号。辐射信号釆集装置选用微型黑体空腔测温探头2，该微型黑体空腔测温探头2设于准直插件内、并通过其套装固定于耐高温管IO的前端，其后部与沿 耐高温管10轴向设置的光通道腔体4前端连接，微型黑体空腔测温探头2前 端延伸出耐高温管IO—端口外。所述的微型黑体空腔测温探头2选用专利号 为200520135453.1中公开的微型黑体空腔测温探头。微型准黑体空腔选几何 尺寸较小的，这样温度分布就会很均匀，容易达到温度平衡，也更适合快速 温度测量，并且易制作，且成本低。射信号釆集装置中的微型黑体空腔测温探头2外周套装有屏蔽帽1，该屏 蔽帽1设置于环形固定底座3内，该环形固定底座3通过准直套管插件与耐 高温管IO前端口套装固定配合。准直套管插件包括一连接环形固定底座3的 防护套管、连接于防护套管另一端与耐高温管IO之间的管件。防护套管选用 多层纸复合的纸管作为制作材质，以实现降低制作成本，快速组配的目的。光通道腔体4为一沿轴向设置于耐高温管10内壁的管状腔体。并通过光 通道护套与耐高温管10内壁螺紋固定装配。耦合装置选用透镜耦合。其中透镜5设置于光通道腔体4的后部并釆用 垫圈与光通道腔体4后端顶压固定。光纤一端固定于光纤连接帽7内，光纤 连接帽7端部位于透镜5后方、且外壁通过顶丝8固定于耐高温管10内壁， 光纤的另一端接光电转换电路中的光电池C。耐高温管的前部外壁套装固定有 防护套6。光电转换电路由光电池C、运算放大器G、电阻R组成，其中由光电池C、 运算放大器G、电阻R组成，其中电阻R的1脚、将光电池接在运算放大器G 的正反相输入端，利用运算放大器G的特点，使偏压近似为零，暗电流也减 小到最小。耐高温管10的中部为一分段式套管伸缩结构。 在相邻的套管连接处设有一锁紧套9。 其余结构如前述。
权利要求
1、辐射快速测量熔融金属液温度的方法，其特征在于包括如下工艺步骤A、辐射信号采集装置采集的热辐射信号；B、热辐射信号经由光通道腔体(4)后由耦合装置耦合到光纤中；C、经滤光选出待测波长的辐射信号后进入光电转换电路，经过光电转换电路转换、放大后的电信号接入显示仪表显示被测熔融金属液温度。
2、 根据权利要求1所述的辐射快速测量熔融金属液温度的方法的传感装 置，其特征在于包括内置于耐高温管(10)内的辐射信号釆集装置、依次设 置于辐射信号采集装置后部、并与其连接的光通道腔体(4)、耦合装置、光 电转换电路，光电转换电路连接显示仪表。
3、 根据权利要求1或2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于辐射信号釆集装置选用微型黑体空腔测温探头(2),该微型黑体 空腔测温探头(2)设于准直插件内并通过其套装固定于耐高温管(10)的前 端，其后部与沿耐高温管(10)轴向设置的光通道腔体(4)前端连接，微型 黑体空腔测温探头(2)前端延伸出耐高温管(10) —端口外。
4、 根据权利要求1或2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于耦合装置选用直接耦合、透镜耦合或自聚焦耦合中的一种。
5、 根据权利要求1或2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于所述的耐高温管(10)的中部为一套管式伸缩结构。
6、 根据权利要求5所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置，其 特征在于在相邻的套管连接处设有一锁紧套(9)。
7、 根据权利要求1或2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于所述的光通道腔体(4)为一沿轴向套装固定于耐高温管(10)内 壁的管状腔体。
8、 根据权利要求1或2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于所述的辐射信号釆集装置中的微型黑体空腔测温探头(2)外周套 装有屏蔽帽(1)，该屏蔽帽(1)设置于环形固定底座(3)内，该环形固定 底座(3)通过准直套管插件与耐高温管(10)前端口套装固定配合。9、根据权利要求l、 2所述的辐射快速测量熔融金属液温度的传感装置， 其特征在于所述的耐高温管(10)的后端固定有手柄(11)。
全文摘要
本发明属于测量方法及器具，特别是指辐射快速测量熔融金属液温度的方法及其传感装置。包括内置于耐高温管内的辐射信号采集装置、光通道腔体、耦合装置、光电转换电路、以及外接的显示仪表，辐射信号采集装置将采集到的热辐射信号依次经由光通道腔体、由耦合装置耦合到光纤中，选出待测波长的辐射信号后进入光电转换电路，经光电转换电路转换、放大后的电信号接入显示仪表，显示被测熔融金属液温度。它解决了现有技术存在的无法实现熔融金属液内部温度的间断性辐射精确测量的问题。具有实现了非接触辐射测温与接触测温的有机结合，利用光学辐射测温原理对熔融金属液内部温度的实现精确测量，环境适应能力好，干扰小等优点。
文档编号G01J5/10GK101251423SQ20081005472
公开日2008年8月27日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者健 于, 卜建林, 张瑞林, 李颜林, 苹 栗, 楚德茹, 郭增军 申请人:河北省计量监督检测院