红外测温技术在现代钢铁工业中的应用

　　0　引言

　　随着科学技术的进步,钢铁工业的生产工艺不断优化,随之要求我们对一些特殊点的温度进行测量监控,如监测烧结床表面的温度可以较早地发现燃烧状态的变化和不平衡燃烧导致的过热点;通过风口对配料温度的测量,是确定高炉炉龄的重要指标;为保证正常的水冷温度,在连铸二冷区中要对液体金属的温度进行测量,以保证进入拉矫区的金属不能太硬,给机器造成过大压力。以上几种情况,由于温度较高且目标是运动的,不能保证良好的热接触,所以无法使用传统的热电偶对温度进行测量,这种情况下,选用红外测温度技术就是一种最好的选择。

　　1　红外测温原理

　　红外辐射测温系统通过测量物体的电磁辐射来确定被测物体温度,该电磁辐射来源于物体内部所蕴涵的能量。辐射所覆盖的波长范围很宽,从γ射线、x射线、可见光、红外辐射,一直到电磁波(如图1所示)。

　　我们所讨论的部分如图中虚线部分,由可见光较短波长延伸至红外光直至20μm的红外辐射,红外测温技术就是一种将辐射能量量化,并用电信号输出来表达其所对应的温度装置。根据普朗克(Plank)辐射定律,任何物体只要它的温度高于绝对零度,都要向外辐射能量,同时也有一部分能量被其表面反射回去。以一块红钢坯为例,它内部100%的能量有80%向周围空间辐射,有20%被其表面反射回去,因为不同温度的物体它的辐射能量是不同的,我们就是要利用物体辐射出来的这部分能量,找到它与物体温度之间的一个函数关系,ΔP=f(T)*ε,根据这个函数关系我们就可得出物体温度,其中ε为物体的辐射系数,它与材料的性质、物体表面氧化程度、抛光状态和温度等因素有关,红外测温系统就是根据此关系式,测量出物体辐射出的能量,经过处理,表示出物体对应的温度。

　　2　红外测温系统的结构

　　红外测温系统一般可分为四部分,即光学系统、红外探测器、信号处理部分和显示输出部分。如图2所示。

　　2·1　光学系统

　　光学系统是红外测温系统的重要组成部分。它的主要作用为:辐射能量的会聚,对被测目标实施瞄准,决定测温系统的视场,同时对测温系统内部起一定的密封作用。

　　2·2　红外探测器

　　它是红外测温系统的核心部分,通过物镜接受被测目标的辐射能量,并将辐射能量转变成电信号,通过后续处理最终得到被测物体的表面温度。它分为热探测器和光子探测器两类。在热探测器中,入射的辐射能量作为热量被吸引,使温度上升产生输出信号;在光探测器中,入射光子可将电子从价带激发到异带(使电子从结合态进入游离态),光子的能量超过这两层的能量差,从而使电子获得相应的能量,在热能交叉设备(光电导型)或PN结(光电型)的作用下,所产生的自由电子形成电流输出给外部电路。