变辐射率时红外测温的自动补偿

　　1　引　　言

　　石油钻杆的管体使用寿命远高于接头。通过更换接头可延续钻杆寿命。热处理过程对于钻杆与新接头的焊接质量起重要的作用。温度检测是钻杆热处理智能控制系统的关键环节。由于钻杆一直处于旋转状态,在加热过程中钻杆被加热部分存在很强的电磁场,不宜采用接触式测温装置。因此选用固定式红外测温仪。摩擦焊使焊接部位产生飞边,如图1(a)所示。淬火之前,焊缝经过去飞边处理,表面非常光亮,辐射率约在0.4左右,如图1(b)所示。淬火后钻杆变黑,如图1(c)所示。同一工位进行回火保温时被测点的辐射系数大约在0.8左右。单色红外测温仪对被测物体的辐射系数非常敏感,如将测温仪的辐射率设定为0.8时,检测亮管时误差最大可达150℃,如何用一台测温仪准确测量淬火升温和回火保温两个不同阶段温度是我们要　　解决的问题。

　　2　自动补偿方法的建立

　　2.1　辐射测温基本原理

　　辐射测温的原理遵循普朗克定律,公式如下:

　　可见在辐射能量一定时物体的辐射率ε(λT)与温度T是指数关系。而红外测温仪正是通过检测辐射能量来计算温度。

　　如图1(b)所示,淬火前焊接部位表面光亮,辐射率在0.4左右,淬火加热过程中,随管体的温升表面迅速氧化,辐射率也不断变化。淬火后回火保温阶段管体表面已经氧化,如图1(c)所示,辐射率为0.8,升温过程变化不大。因此将固定式红外测温仪的辐射率设定在0.8,首先保证了回火保温阶段测温的准确。对淬火升温过程,用工控机对所测温度进行软件补偿。确定正确的补偿模型是关键,也是难点所在。

　　2.2　补偿方法

　　我们提出了对照比较法,用一台测温仪成功的揭示了补偿规律。具体步骤如下:

　　记录室温下‘亮管’表面温度,将测温仪辐射率设定在0.8。工控机执行顺序控制程序,加热功率60kw,加热时间120s,测得一条待修正的时间温度曲线,如图2,横坐标为时间,纵坐标为温度。将管体冷却到室温,此时‘亮管’已变成‘黑管’,与‘亮管’相同初始温度的前提下,重复前一次的顺序控制程序。测得一组真实的时间温度曲线,如图3。

　　上述两组试验实际上是在外界条件相同的情况下,同一物体在不同辐射率时的温升测量对照试验。由于被加热的是同一个物体,而且外界条件基本相同,所以我们可以认为在升温过程中相同时刻两者的温度理论上是相等的。因此‘亮管’在采样点的温度实际值与采样值的对应关系可以确定。而其它点的温度可通过线性插值算出。