内调制多色比色测温系统

　　引 言

　　工业、国防、航天航空等领域都离不开对温度的测量，尤其对于冶金、化工等行业，温度是确保产品质量的重要参数，国内外都投入很大力量研究和改进测温技术，以满足对温度测量精度的要求。目前，工业上测量 1000℃以上高温一般用热电偶进行接触式测量，该方法测量精度高，操作简单方便。但用于钢水测温时，是一种消耗性的方法，需要大量的热电偶，导致生产成本增加，且不易与上位机相连构成自动化测控系统。尤其当被测量物体移动或旋转时，如测量连铸或轧钢的温度，接触式测温并不适合，此时多采用非接触式的辐射温度仪进行测温，然而由于不能很好地处理发射率修正等问题，因此精度一直不高。为了提高测温精度，内调制多色比色测温系统以内调制光电探测器作为光电探测单元[1]，通过 PCI 总线数据采集系统传送将数据送计算机进行处理，利用多波长比色的方法计算被测物的温度。探测器通过对内部控制栅极的调制使恒定入射光信号直接转变为交流电信号输出。利用这个特点，测温系统克服了对微弱直流电信号放大的困难，为提高测温系统信噪比和可靠性奠定了基础。实验结果表明，测温系统充分发挥了计算机数字信号处理能力和控制功能，较好地克服了冶金在线测温中恶劣环境及发射率的影响，有效地提高了测温精度。

　　1 系统基本原理与结构设计

　　辐射测温的原理基于黑体辐射的普朗克(Plank)定理，物体温度高于绝对温度 (T > 0K) 时，向外发出辐射。辐射的大小与被测体的温度T、发射率ε 有关，而被测体的发射率是影响辐射测温精度的主要因素[2]，由于它与被测体本身温度和表面状况等因素有关，因此发射率还是时间的函数。为了尽可能精确地测出被测体的温度，必须对发射率做某种假定和处理。

　　1.1 多色比色测温原理

　　双色比色测温可由文献[3] 给出被测物的温度计算公式并加以变形得

式中Tc是被测体的真实温度，T12是比色温度仪显示的温度值。C2是普朗克第二常数，λ1和λ2是预先选定的两个中心波长。ε1和ε2分别是λ1和λ2下的发射率。可以看出，当ε1=ε2时，Tc=T12。由于ε1和ε2通常不相等，且随时变化，致使测温值 T12不等于辐射体真实温度 Tc，从而造成测量误差。在测温时若能找出 In(ε1/ε2) 的准确值代入(1)式，通过(1)式就可算出真正温度 Tc。但实际上要找出In(ε1/ε2) 的值是非常困难的。是否有某种方法提取 In(ε1/ε2) 的近似值，使测出的温度尽可能接近 Tc?这就是多色比色测温方法。如用多色比色测温，(1)式可以改写成