تطبيق ميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء في إنتاج درفلة الصلب
1 المقدمة
في عملية إنتاج درفلة الصلب الحديثة ، من أجل ضمان الجودة الفيزيائية للصفائح الفولاذية ، فإن الدرفلة والتبريد المتحكم فيهما للصفائح الفولاذية تتطلب وسائل معينة لقياس درجة الحرارة والكشف عنها. يمكن أن توفر خصائص الدقة العالية والموثوقية القوية لمقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء قياسًا فعالًا ودقيقًا وموثوقًا لدرجة حرارة الصفيحة الفولاذية ، وذلك لتحسين جودة المنتج وتقليل الاستهلاك وزيادة الإنتاجية.
2. تكوين ميزان الحرارة بالأشعة تحت الحمراء
تحدد موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، المعروفة أيضًا باسم موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، درجة حرارة الجسم المقاس عن طريق قياس الإشعاع الكهرومغناطيسي للجسم ، والذي يأتي من الطاقة الموجودة في الجسم. بالنسبة للتطبيقات الصناعية ، فإننا نهتم بالأشعة تحت الحمراء الممتدة من الأطوال الموجية الأقصر للضوء المرئي إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء حتى 20 ميكرومتر. لذلك ، مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء (مقياس حرارة الإشعاع) هو جهاز يحدد كمية الطاقة المشعة ويستخدم خرج الإشارة الكهربائية للتعبير عن درجة الحرارة المقابلة لها.
2.1 النظام البصري
يعد النظام البصري جزءًا مهمًا من مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء. وظائفه الرئيسية هي: تقارب الطاقة المشعة ، الهدف المراد قياسه ، تحديد مجال رؤية مقياس الحرارة ، وتأثير ختم معين على داخل مقياس الحرارة.
2.2 كاشف الأشعة تحت الحمراء
كاشف الأشعة تحت الحمراء هو الجزء الأساسي من مقياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء. يستقبل كاشف الأشعة تحت الحمراء الطاقة الإشعاعية للجسم المقاس من خلال العدسة الموضوعية ، ويحول الطاقة المشعة إلى إشارة كهربائية ، وفي النهاية يحصل على درجة حرارة سطح الجسم المقاس من خلال المعالجة اللاحقة.
2.3 معالجة الإشارات
يقوم كاشف الأشعة تحت الحمراء بتحويل الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية ، والتي يتم إرسالها إلى جزء معالجة الإشارة ، ويتم إدخالها إلى المعالج الدقيق من خلال المضخم وتحويل A / D. في الوقت نفسه ، يتم أيضًا إدخال إشارة تعويض درجة الحرارة المحيطة إلى المعالج الدقيق ، والذي يتم تحويله إلى خطي بواسطة المعالج الدقيق. بعد المعالجة والتعويض البيئي وتصحيح الابتعاثية ، يتم الحصول على إشارة الخرج المصححة.
2.4 عرض الإخراج
في التطبيقات العملية ، تُستخدم إشارة درجة الحرارة التي يوفرها المعالج بطريقتين: الأولى هي عرضها من خلال الشاشة ؛ والآخر هو إرسال إشارة درجة الحرارة إلى نظام التحكم الصناعي لتحقيق التحكم في عملية الإنتاج ، وهناك أيضًا طريقتان لاستخدامه في نفس الوقت.
يمكن أن تعرض أنواع مختلفة من موازين الحرارة القيم في الوقت الفعلي ، والقيم القصوى ، والقيم الدنيا ، ومتوسط القيم ، والاختلافات ، ويمكنها أيضًا عرض قيم مجموعة الانبعاث ، وقيم مجموعة التنبيه ، وما إلى ذلك ، ويمكنها أيضًا عرض منحنيات درجة الحرارة وخرائط الحرارة بعد معالجة البرنامج انتظر. أكثر موازين الحرارة شيوعًا هي إخراج التيار 0-20 مللي أمبير أو 4-20 مللي أمبير. إذا كانت إشارة الجهد مطلوبة ، فيمكن أيضًا تحويل الإشارة الحالية وتوسيع نطاقها.
3. اختيار ترمومتر الأشعة تحت الحمراء
في التطبيقات الصناعية ، غالبًا ما توجد بعض الوسائط بين البيرومتر والهدف المقاس ، والتي يمكن أن تضعف أو تمنع تمامًا إشعاع الطاقة السطحية للهدف المقاس ، ويمكن للبيرومتر فقط قياس الهدف الذي "يراه". تشمل موازين الحرارة الثابتة المستخدمة بشكل شائع الفئات التالية:
① مقياس حرارة النطاق العريض ، أو مقياس حرارة النطاق العريض ، نطاق استجابته الطيفية محدود بواسطة النظام البصري ، الذي يستخدم بشكل أساسي لقياس درجة الحرارة المنخفضة ، ومجهز بكاشف مع نطاق استجابة طيفي واسع.
② حدد مقياس حرارة النطاق ، وطول موجة استجابته محدد بواسطة المرشح ، ويمكن اختيار نطاق استجابة الكاشف وفقًا لاحتياجات التطبيق.
③ يمكن لميزان الحرارة قصير الموجة أن يقلل من خطأ القياس عندما تتغير الانبعاثية. الموجة القصيرة المذكورة هنا نسبية ، ويمكن أن يكون طولها الموجي 0. 6 ميكرومتر عند درجة حرارة 1500 ك ، أو طول موجي 3 ميكرومتر عند درجة حرارة 300 كلفن.
④ موازين الحرارة اللونية ، المعروفة أيضًا باسم موازين الحرارة ثنائية اللون ، لها نتائج قياس أفضل عند استخدامها في "أجواء شديدة القذرة".
في اختيار مقياس الحرارة ، بالإضافة إلى نطاق درجة الحرارة المطلوب ، فإن المعلمتين لميزان الحرارة "نسبة تغير درجة الحرارة" و "نسبة تغير الانبعاث" مهمان جدًا أيضًا للاختيار الدقيق لميزان الحرارة:
تشير النسبة المئوية لتغير درجة الحرارة في مقياس الحرارة إلى تغيير قيمة خرج الجسم بسبب تغير درجة الحرارة. بالنسبة لمقاييس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء ، كلما زادت النسبة المئوية لتغير درجة الحرارة ، زادت حساسيتها.
② تشير النسبة المئوية للتغيير في الابتعاثية إلى تغيير قيمة خرج الأداة عندما تتغير انبعاثية الهدف المقاس. نظرًا لأن انبعاثية الصفيحة الفولاذية تتغير عشوائيًا ضمن نطاق معين عند طول موجي ودرجة حرارة معينين أثناء عملية درفلة الفولاذ ، فإن التغيير في قيمة خرج مقياس الحرارة الناجم عن التغيير في الانبعاث ليس هو التغير الحقيقي في درجة الحرارة للهدف. لذلك ، من الضروري أيضًا ضبط نسبة تغير الانبعاث.
4. تطبيق محدد
خذ اكتشاف درجة الحرارة في مصنع جينان لألواح الحديد والصلب أثناء الدرفلة الخاضعة للرقابة والتبريد المتحكم به في عملية مطحنة التخشين كمثال: يتم تثبيت ما مجموعه أربع مجموعات من موازين الحرارة بالأشعة تحت الحمراء LAND بعد صندوق إزالة الترسبات ، قبل مطحنة التخشين ، وقبل و بعد جهاز تبريد ستارة الماء بعد مطحنة التخشين. توفر غرف إزالة الترسبات فرصة مثالية لقياس درجة حرارة الألواح الفولاذية غير المقاسة. قبل أن تدخل قضبان الصلب إلى مطحنة الدرفلة ، يتم غسل كل مقياس الحديد تقريبًا وما إلى ذلك بواسطة رذاذ الماء عالي الضغط ، والذي يوفر سطحًا نظيفًا لعملية الدرفلة. يبدأ المسبار في قياس درجة الحرارة الحقيقية على سطح الصفيحة الفولاذية للتأكد من أن درجة الحرارة هذه تقع ضمن حد التدحرج ولضبط معلمات الدرفلة.
المشاكل الرئيسية التي تمت مواجهتها هي: (1) تحديد الوضع المعقول لمسبار عدم التلامس بحيث يتم تقليل تأثير الرذاذ من صندوق إزالة الترسبات ووجود الأكاسيد ؛ (2) يجب أيضًا إبقاء المجس وحامل المطحنة على مسافة معينة لمنع تناثر الأكاسيد أثناء عملية درفلة الصفيحة الفولاذية مما يؤدي إلى تلف المسبار ؛ (3) يمكن أن يشكل الماء والمقياس المتبقي منطقة أكثر برودة على سطح القضيب ، مما يؤدي إلى تغييرات في القراءات.
مبدأ قياس درجة حرارة الإشعاع هو: يمكن لميزان الحرارة قياس الهدف الذي "يراه" فقط. هناك طريقتان لحل مشكلة امتصاص الغاز للإشعاع. الأول هو استخدام أنبوب زقزقة وجهاز تنقية الهواء لتوفير عقبات لاسلكية للمسار البصري ؛ والآخر هو اختيار نطاق تشغيل لا يتأثر بالوسيط. استجابة لهذه المشاكل ، اخترنا مجسات الموجة القصيرة M1 / R1 في نظام LAND المنتج SYSTEM بجودة وسمعة عالية - وذلك لتجنب تأثير امتصاص بخار الماء ؛ حجم الهدف الصغير ووظيفة الاستجابة السريعة - سيهدف إلى الأكسدة على سطح البليت هدف ساخن بين الصفيحة الحديدية و "الماء الأسود" ويجعل معالج الإشارة يستخدم وظيفة تثبيت الذروة لضمان دقة واستمرارية قياس درجة الحرارة إلى إلى أقصى حد ، حتى إذا كان الهدف محجوبًا جزئيًا أو بعيدًا عن الأنظار تمامًا ، فإن قياس درجة الحرارة ستلبي النتيجة أيضًا المتطلبات ، بحيث يمكن لإخراج النظام تتبع درجة الحرارة الحقيقية للوحة الصلب ؛ يضعف خرج المسبار عالي المستوى من تأثير التداخل الإلكتروني ، ويمكن استخدام هذا الإخراج مباشرة كعرض لدرجة الحرارة النهائية ؛ يجب أن يكون موضع المجس بعيدًا قدر الإمكان في أقرب مكان ممكن من مدخل الطاحونة ، وهذا يتجنب الاضطرابات الناتجة عن رذاذ ماء التبريد والحركة أثناء الفتح.
