实验三红外测温仪和红外热像仪应用与实践 在冶金高温实验(试验)和工业生产过程中,准确的温度测量是非常重要的。在许多情况下,温度测量的精 度决定了整个实验(试验)误差的大小以及冶炼过程中的热工制度等。测量温度的方法分为:(1)接触式(传 感元件紧靠被测物体或直接置于温度场中,如热电偶等);接触式测温的特点是测温元件直接与被测对象相接 触,两者之间进行充分的热交换,最后达到热平衡,这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的 温度值。优点:直观可靠;缺点:感温元件影响被测温度场的分布,接触不良等会带来测量误差,另外温度太 高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。(2)非接触式(利用被测物体的热辐射或辐射光谱 分布随温度变化的规律来测量物体的温度,如红外测温仪、红外热成像仪、光学髙温计等)。表3-1为常用测温 仪器的种类特性及其使用场合。红外测温仪、红外热成像仪与热电偶相比具有感温元件不与被测对象相接触, 而是通过辐射进行热交换,故可避免接触测温法的缺点,具有较髙的测温上限。此外,非接触测温法热惯性 小,可达干分之一秒,故便于测量运动物体的温度(如连铸生产过程中连铸坯表面温度的测量)和快速变化的 温度。同时还具有寿命长、性能可靠、腐蚀性介质不能接触的场合等特点。红外测温仪与光导纤维及微处理机 配套组成的红外热像仪,成为高温冶金过程研究及过程控制的有利工具。本实验通过了解和掌握3i-2MSC型红 外测温仪和VST艹H型便携式工业红外热像仪的基本结构、工作原理、基本操作方法等知识的学习,使学生了解 和掌握这一种先进的测温仪器的应用与实践。 表3-1常用测温仪器的种类特性及其使用场合 使用温度准确度 响应记录与 原理 种类 线 范围t℃ 速度|控制价格 使用 水银温度计 50-65001-2可中不适合 事座有机液体温度计-22014可中不通合便宜测冷却水汽温度,示值直 观。箱式炉控温用 双金属温度计-50-5000.5-5可|慢适合 蒸汽压力温度计-20-3005-5非由适合便测冷却介质。环境温度5 压力/液体压力温度计|-30-6005-5 ℃,相对湿度>80% 铂电阻温度计-260-1000.01-5良中 贵测冷却介质、砖材温度作为标 适合 准温度计用; 热敏电阻温度计50-35003-5非快 测冷却介质
实验三 红外测温仪和红外热像仪应用与实践 在冶金高温实验（试验）和工业生产过程中，准确的温度测量是非常重要的。在许多情况下，温度测量的精 度决定了整个实验（试验）误差的大小以及冶炼过程中的热工制度等。测量温度的方法分为：（1）接触式（传 感元件紧靠被测物体或直接置于温度场中，如热电偶等）；接触式测温的特点是测温元件直接与被测对象相接 触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的 温度值。优点：直观可靠；缺点：感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等会带来测量误差，另外温度太 高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。（2）非接触式（利用被测物体的热辐射或辐射光谱 分布随温度变化的规律来测量物体的温度，如红外测温仪、红外热成像仪、光学高温计等）。表3-1为常用测温 仪器的种类特性及其使用场合。红外测温仪、红外热成像仪与热电偶相比具有感温元件不与被测对象相接触， 而是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性 小，可达千分之一秒，故便于测量运动物体的温度（如连铸生产过程中连铸坯表面温度的测量）和快速变化的 温度。同时还具有寿命长、性能可靠、腐蚀性介质不能接触的场合等特点。红外测温仪与光导纤维及微处理机 配套组成的红外热像仪，成为高温冶金过程研究及过程控制的有利工具。本实验通过了解和掌握3i-2MSC型红 外测温仪和VST-H型便携式工业红外热像仪的基本结构、工作原理、基本操作方法等知识的学习，使学生了解 和掌握这一种先进的测温仪器的应用与实践。 表3-1 常用测温仪器的种类特性及其使用场合
原理 种类 范围℃t线性响应记录与价格 使用温度准确度 速度控制 使用 R,so-16000.5-5可 测定熔体及高于1100℃的物 料温度,适用于氧化气氛 热电热电 200-12002-10 势 测温 E|-2008003-5 -200-803-10/Q 侧炉气、砖衬及物料温度 热电动势大,灵敏度高 200-3502-5 光学温度计 00~30003-10 中不适合中 热辐射红外温度计 00-30001-10 冶金熔体、高炉风口测温 辐射温度计100-3005-20非中适合贵 比色温度计180-35005-20 1为热电偶分度号 1.红外测温基本原理 自然界任何物体都有着热辐射,例如,物体在300℃时就有波长约5μm红外光辐射物体热辐射本领可用普 朗克公式和基尔霍夫定律表达公式(3-1)、(3-2) Mur=amMaar)=au 25 (3-1) 式中:Mm一物体自身发出的辐射,Wm2 ax一辐射率; M2n)一黑体辐射,Wm2 气一第一辐射常数,其值为3.74×10-16Wm2; 2—第二辐射常数,其值为144×10-2(mK) T一温度,K 波长, 实际应用中测量出的总辐射值Mm(W/m2)从在一定温度范围内正比于 l反射+M2 (3-2) 式中:E一发射率
1为热电偶分度号 1. 红外测温基本原理 自然界任何物体都有着热辐射，例如，物体在300℃时就有波长约5μm红外光辐射。物体热辐射本领可用普 朗克公式和基尔霍夫定律表达公式（3-1）、（3-2）: （3-1） 式中： — 物体自身发出的辐射，W/m2; — 辐射率; — 黑体辐射，W/m2; — 第一辐射常数，其值为3.74×10-16 W·m2； — 第二辐射常数，其值为1.44×10-2（m·K） 一 温度，K; — 波长，m ; 实际应用中:测量出的总辐射值 （W/m2）从在一定温度范围内正比于 （3-2） 式中: — 发射率
确定发射率E是红外测温技术中关键而又复杂细致的一步,它与被测材料的温度、表面状 态密切相关。现场条件下,为确定发射率E值,先用热电偶测出目标温度值,然后将红外测氵 仪对准目标调整ξ值,让红外测温仪温度值等于热电偶的温度值,此时的E即为所求的发射率。例如:钢坯拉 出连铸机时,用热电偶测出铸坯表面温度为790℃C,调整红外测温仪的读数也为790℃C,于是可得到铸坯的发射 率E=0.85。确定铸坯的发射率E之后,就可以用红外测温仪测定连铸坯的表面温度了 红外测温仪由光学系统、红外传感器与微处理机线成,如图3-1所示。光学系统可由普通光学透镜、锗透镜 甚至光导纤维组成,目的是把热辐射滤波(选择无)后聚焦到传感器上,如果要得到热像图的话还会有两组同 步旋转的多面镜裝在传感器前。红外传感器有许多种,常见的有 HgCdTe探测器、 PoInTe探测器、nSb、肖特 基势垒探测器、热敏电阻探测器、测辐射热电偶等,目的都是把热辐射("跏J川转化为电量。最后由微 机把电量信号转为温度数值或热像图。 热目标 红外传感器放大及模 单片机与 光学透镜 数转换 显示器 图3-1红外测温仪结构示意图 2.3i-2MSC型红外测温仪和VST-H型便携式工业红外热像仪操作应用 红外测温技术不仅广泛的应用在冶台金炉设备、铸造设备而且正在冶金机电设备的热故障检测方面发挥着特殊 的作用。红外测温技术的主要用途有 (1)耐火材料缺陷诊断。主要应用有髙炉、电炉、转炉、精炼炉、热处理炉、钢水包等的绝热情况的检 测。 (2)钢铁加工过程的温度检测。主要应用有连铸坯测温、热轧板测温等。 (3)电器设备的故障检测。应用于感应炉感应圈、变压器、大电机等的局部过热检测。 2.13i-2MSc型红外测温仪操作应用 21.13i-2MSc型红外测温仪的结构 3-2MSC便携式红外测温仪(图3-2)(美国 Raytek公司制造)无需接触物体即可测量物体表面的温度。它 接收所测目标辐射的红外能量,然后计算出其表面温度。也可计算出测量过程中的平均温度、最高温度、最低 温度和差值,并将其在显示屏上显示出来。其数字/模拟输出可用于数据记录、使用其它仪器设备或工艺控制 器,也可实现温度测量值和发射率的远程显示。本机可由电池供电或由交流适配器供电。仪器内的存储电路可 存储数据用于以后调用,其存储功能可存100个温度测量值、发射率及报警值(便于生成文件和分析)。发射率是
确定发射率 是红外测温技术中关键而又复杂细致的一步，它与被测材料的温度、表面状 态密切相关。现场条件下，为确定发射率 值，先用热电偶测出目标温度值，然后将红外测温 仪对准目标调整 值，让红外测温仪温度值等于热电偶的温度值，此时的 即为所求的发射率。例如:钢坯拉 出连铸机时，用热电偶测出铸坯表面温度为790℃，调整红外测温仪的读数也为790℃，于是可得到铸坯的发射 率 =0. 85。确定铸坯的发射率 之后，就可以用红外测温仪测定连铸坯的表面温度了。 红外测温仪由光学系统、红外传感器与微处理机组成，如图3-1所示。光学系统可由普通光学透镜、锗透镜 甚至光导纤维组成，目的是把热辐射滤波（选择 ）后聚焦到传感器上，如果要得到热像图的话还会有两组同 步旋转的多面镜装在传感器前。红外传感器有许多种，常见的有HgCdTe探测器、PbSnTe探测器、InSb、肖特 基势垒探测器、热敏电阻探测器、测辐射热电偶等，目的都是把热辐射（ ）转化为电量。最后由微 机把电量信号转为温度数值或热像图。 图3-1 红外测温仪结构示意图 2. 3i-2MSC型红外测温仪和VST-H型便携式工业红外热像仪操作应用 红外测温技术不仅广泛的应用在冶金炉设备、铸造设备而且正在冶金机电设备的热故障检测方面发挥着特殊 的作用。红外测温技术的主要用途有： （1）耐火材料缺陷诊断。主要应用有高炉、电炉、转炉、精炼炉、热处理炉、钢水包等的绝热情况的检 测。 （2）钢铁加工过程的温度检测。主要应用有连铸坯测温、热轧板测温等。 （3）电器设备的故障检测。应用于感应炉感应圈、变压器、大电机等的局部过热检测。 2.1 3i-2MSC型红外测温仪操作应用 2.1.1 3i-2MSC型红外测温仪的结构 3i-2MSC便携式红外测温仪（图3-2）（美国Raytek公司制造）无需接触物体即可测量物体表面的温度。它 接收所测目标辐射的红外能量，然后计算出其表面温度。也可计算出测量过程中的平均温度、最高温度、最低 温度和差值，并将其在显示屏上显示出来。其数字/模拟输出可用于数据记录、使用其它仪器设备或工艺控制 器，也可实现温度测量值和发射率的远程显示。本机可由电池供电或由交流适配器供电。仪器内的存储电路可 存储数据用于以后调用，其存储功能可存100个温度测量值、发射率及报警值(便于生成文件和分析)。发射率是
指被侧量的物体吸收、透射和发射红外波段能量的能力。其值为0.0(极光滑的镜面至1.0(黑体)之间。参阅表3- 2(部分)金属的发射率值可得到相关材料发射率的信息。 瞄准望远镜 控制面板和显示屏 二态扳机 数字/模拟输出 交流适配器的直流输入 电池 外观 角架接头 图3-232MSC便携式红外测温仪 便携式测温仪结构如下: 扳机一有两个状态。第一个状态为测温系统。第二个状态只在存储系统时起作用。在存储数据时,需扣住 扳机直到听到“嘀”的一声即可(此声音表示测量的温度值已经存储)。松开扳机后机器进人休眠状态。 调节面板及显示屏一所有调节(扳机除外)均在调节面板上完成。显示屏上可显示测得的温度值、设定值、模 式、状态及操作信息。 瞄准系统—毎种型号都可以有激光瞄准或者望远镜瞄准。 注在操作带有激光瞄准的机器之前,请参阅激光警告标签。 模拟信号输出一可将此输岀接到模拟记录仪或打卬设备,例如:记录仪或打印机等。 数字信号输出一本机的RS232接口可与计算机连接或直接接到打印机的RS232端口上。 直流输入一与交流适配器相连。 背带 表3-2金属的发射率值(部分)
指被侧量的物体吸收、透射和发射红外波段能量的能力。其值为0.0(极光滑的镜面)至1.0(黑体)之间。参阅表3- 2（部分）金属的发射率值可得到相关材料发射率的信息。 图 3-2 3i-2MSC便携式红外测温仪 便携式测温仪结构如下: ·扳机一有两个状态。第一个状态为测温系统。第二个状态只在存储系统时起作用。在存储数据时，需扣住 扳机直到听到“嘀”的一声即可(此声音表示测量的温度值已经存储)。松开扳机后机器进人休眠状态。 ·调节面板及显示屏一所有调节(扳机除外)均在调节面板上完成。显示屏上可显示测得的温度值、设定值、模 式、状态及操作信息。 ·瞄准系统一每种型号都可以有激光瞄准或者望远镜瞄准。 注:在操作带有激光瞄准的机器之前，请参阅激光警告标签。 ·模拟信号输出 一 可将此输出接到模拟记录仪或打印设备，例如:记录仪或打印机等。 ·数字信号输出 一 本机的RS232接口可与计算机连接或直接接到打印机的RS232端口上。 ·直流输入 一 与交流适配器相连。 ·背带 表3-2 金属的发射率值（部分）
材料 发射率 .Oum 1.6um 8-14ym 已氧化 0.4-0.8 0.509 0.50.9 未氧化 035 0.10.3 锈 0.6-0.9 0.507 熔融 0.35 0.406 铸铁 已氧化 0.70.9 0.70.9 0.6-095 未氧化 0.35 0.3 熔融 035 0.3-0.4 0.203 锻铁 毛面 0.9 0.9 铅 抛光 0.35 0050.2 打毛 0.65 已氧化 n 0.30.7 0.206 镁 030.8 0.0503 n.T. 汞 n.I. 0.050.15 n.T. 已氧化 0.509 040.9 0.20.6 未氧化 0.25-0.35 0.10.35 0.1 蒙乃尔铜镍合金 0.3 0.20.6 0.10.14 已氧化 0.809 0.4-0.7 020.5 电解 020.4 0.10.3 发黑 095 银 002 冷 0.8-0.9 080.9 0.70.9 1.23i-2MSc型红外测温仪的操作与应用 2.1.2.1望远镜和激光瞄准 望远镜瞄准一望远镜被设计成要远离眼睛使用的,不要将望迒镜放到眼前,否则无法看到囯标。望远镜瞄 准方法见图3-3 按以下步骤用望远镜来测量温度: (1)将背带绕过头部挂到颈中 (2)将仪器远离眼睛直到能清晰看到目标。 (3)使用望远镜的+字准线来将仪器对准目标 (4)继续进人激光瞄准
2.1.2 3i-2MSC型红外测温仪的操作与应用 2.1.2.1望远镜和激光瞄准 望远镜瞄准 一 望远镜被设计成要远离眼睛使用的，不要将望远镜放到眼前，否则无法看到目标。望远镜瞄 准方法见图3-3。 按以下步骤用望远镜来测量温度: （1）将背带绕过头部挂到颈中。 （2）将仪器远离眼睛直到能清晰看到目标。 （3）使用望远镜的+字准线来将仪器对准目标。 （4）继续进人激光瞄准