海洋之神优惠大厅最新版V7.24.568_一种消耗型光纤高温测量仪的研究与开发

本文摘要：1章节　　在航天、材料、能源、化工、冶金等领域中，高温测量占据及其最重要的地位。

1章节　　在航天、材料、能源、化工、冶金等领域中，高温测量占据及其最重要的地位。目前，在高温测量中，根据测量分析仪否与被测对象认识，测温仪器分成接触式和非接触式两种。接触式测温是感温元件必要与被测对象认识，感觉其温度，如热电偶测温仪，优点是测温可信，缺点是使用贵金属，价格昂贵，抗氧化、还原成能力和抗电磁干扰能力都较好，且寿命较短[1]。

非接触式测温不需与被测对象必要认识，通过接管被测对象所电磁辐射的电磁波展开测量，优点是号召慢、寿命长、非消耗型，不易构建倒数测量，但不受被测对象的发射率和测量环境的因素影响大，抗干扰性劣，且其在研制过程中牵涉到到非黑体电磁辐射系数的难题[2]，使其推广应用受到一定的容许。近年来，又明确提出了认识-非认识的测温方法，但一直无法解决电磁辐射系数的确认这个难题。　　随着光纤技术的经常出现，为构建接触式测温获取了条件。

接触式光纤测温即使用一根宽的石英光纤作为测温分析仪与传输系统，使仪器靠近环境恶劣的现场，同时，光纤光路不不受环境气氛的影响，大大提高了测温系统的环境适应能力。但由于分析仪使用一般的电磁辐射接管原理，仍难以解决发射率后遗症问题。

为解决这一难题，明确提出了灰体测温原理，使用比色法测温，能大大降低发射率对测温结果的影响，在最佳条件下，该影响可降到零。这样测温的益处是测温响应速度慢，响应速度为10ｓ左右[3]。　　本文研发的消耗型光纤高温测量仪，解决了上述缺点，是一种全新的测量熔融金属温度的方法。其测温精度与消耗型热电偶完全相同，但测温费用却大幅度降低，具有极大的经济效益，几乎可以代替消耗型热电偶。

　　2比色测温原理　　比色测温是通过测量物体在两个有所不同波长处的电磁辐射亮度之比来确认物体温度的方法，其特点是可以避免测量路径上的大气、烟雾、灰尘、环境温度等因素所带给的阻碍。　　3工作波长的自由选择　　由式（3）可见，准确自由选择波长和是至关重要的。一般被测对象的光谱电磁辐射亮度与波长和温度都有关。图中的纵坐标回应黑体的电磁辐射亮度，横坐标回应波长，曲线从下平等主义温度更加低。

　　从图中曲线可以显现出黑体电磁辐射的几个特性：（1）总的电磁辐射亮度随温度的增高很快减少，温度越高光谱电磁辐射亮度越大；（2）当温度一定时，光谱电磁辐射亮度随波长的有所不同按一定规律变化，曲线有一个极大值，此处的波长定义为，当波长大于时，电磁辐射亮度随波长减少而减少，当波长大于时，变化规律忽略；（3）温度减少时，光谱电磁辐射亮度的峰值波长向短波方向移动，物体的电磁辐射亮度减少，闪烁颜色也再次发生转变。　　可行性将波长范围以定在800～1000nm，并且在该范围波段上不不存在水蒸气的主要吸取带上，可以减少测量误差。当分别为800nm和1000nm时，比较灵敏度曲线如图2右图。

图中曲线1的比较灵敏度较高，由此可知，不应自由选择在800nm附近。根据光电探测器的光谱号召与温度的关系，拒绝享有较好的线性关系，根据线性关系，取在950nm附近为好。　　经过实验，最后自由选择＝890nm，＝940nm，比色测温效果较好。　　4高温测量仪的设计　　高温测量仪由光学部分和电路部分构成，如图3右图，还包括高温分析仪、光电切换部分、信号放大器、信号的处置与表明输入等部分。

　　测量时，要将消耗型光纤高温测量仪的光纤端头浸泡到被测熔融金属液中，放入深度大约40cm。被测金属液内部温度通过对光纤端面的电磁辐射由光纤传输到光电切换及信号处理系统。由于光纤不应直接插入到被测对象中，因为在光纤放入到所须要深度之前，光纤早已被烧坏了，放入的信号就没意义了。

为构建认识测温，必需设计一个光纤的维护设施，这个设施不仅要耐高温，还要能利用红外线，使光纤可以成功放入光信号。所以在光纤测温分析仪的最前端设置了一段耐高温导管，这样既维护了物镜等监测系统，又需要确保分析仪可以放入到金属液中，避免了烟气和熔渣的阻碍。

一般耐高温导管能用的耐火料有刚玉、石墨、金属陶瓷、碳化硅、三氧化二铝等，最后挑选了透红外陶瓷－镁铝尖晶石，其熔点为2080C，在900～1100nm的红外利用率约为79～80％，是一种耐高温冲击、能长年耐雨蚀和耐磨损的高强度红外窗口材料和整流罩材料[4]。　　由于是高温测量，在高温下，光纤每测量一次就不会损毁一段，因此还要设计一个合理的光纤引入和截断系统。　　光电切换系统的功能就是将光信号转换成电信号，然后送往信号处理系统展开处置。

测量系统用于光纤末端器，构成两路光路。输入的光信号经过两个窄带干预滤波片获得两路波长分别为和的光信号，最后由硅光电池接管并切换为电信号。

由于在测量现场不存在着许多的噪声，这些噪声对测量系统不会导致相当大的影响，因此必需要设计一个适合的滤波电路来滤掉这些噪声。切换后的电信号经过滤波电路、放大器和信号处理电路按照仪器内部算法校正后改变为被测对象的温度值，最后通过LED表明出来。为了便于留存测量数据，还设计了打印机接口电路，将数据打印机出来展开较为、分析和处置。

除此之外，信号处理还不应考虑到被测对象和测温仪所处的环境条件对性能指标的影响和修正方法。　　为了避免掌控温度过低，还设计了报警电路，当温度多达设定值时，展开声光报警[5]。　　5结束语　　消耗型光纤高温测量仪加装便利，其外部结构与热电偶结构完全相同，可用作炼钢炉、锅炉、铸炉等高温测量领域，具备普遍的推展价值，经济效益明显。

　　本文作者创意点：　　1、明确提出了光纤传感型的高温测量新方法－消耗型光纤电磁辐射测高温。　　2、对设计中的关键问题，例如工作波长的自由选择、光纤分析仪的维护等展开了全面地分析和研究，并得出了解决方案。

　　参考文献：　　[1]蔡如华等.工业用热辐射型光纤高温传感器的研究[J].传感器技术,2005,24(4):34-36。　　[2]孙晓刚等.多光谱电磁辐射测温理论综述[J].计量学报,2002,23(4)248-250。　　[3]李威宣,陈天慧.消耗型光纤比色法钢水温度测量系统[J].传感器技术,2004,23(8):68-70。

　　[4]陈天慧.光纤高温测量的研究.武汉理工大学硕士学位论文,2003:30-36。　　[5]张亮.过程监控系统在本钢2号高炉的应用于[J].微计算机信息,2006,8-1:50-52。

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