液體測溫系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種液體測溫系統。包括光學測量系統、氣源控制器、光譜測溫儀、數據記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭，所述金屬光學筒的一端用于插入需要測溫的液體中，另一端通過測量窗口與所述光學鏡頭連接，所述氣源控制器通過控制閥與所述金屬光學筒中段上設置的氣孔氣密連通，用于對所述金屬光學筒內部進行氣體吹掃，所述光學測量系統的后部連接有所述光譜測溫儀、所述數據記錄儀和所述大屏顯示器，用于對測量所得的數據進行記錄和顯示。本發明融合接觸式測溫高精度和非接觸測溫高響應的優點。不僅可以彌補現有在線式測溫系統中因保護管壁厚導致的響應速度慢的弊端，同時具備高精度和高響應的特點。
【專利說明】液體測溫系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及液體測溫系統，尤其涉及能夠對高溫或腐蝕性液體進行在線測溫的液體測溫系統。
【背景技術】
[0002]光譜測溫儀是以黑體輻射理論(普朗克定律:單位面積黑體在半球方向發射的輻射通量E是波長和黑體溫度函數)為依據，采用的是綜合型測溫方法。它是由探測管和光譜測溫儀兩部分組成，可用來測量各類高溫爐和熔液內部的實際溫度，不受環境污染以及目標黑度系數的影響。
[0003]由于某些待測金屬液體的高腐蝕性，測溫基本上用1，用K型鎧裝熱電偶進行間斷式測溫；2，在必須采用在線式測溫的場合，(保護管通常做的很粗，壁很厚)來達到延長使用壽命的目的。上述間斷兩種方法都存在以下問題:利用傳統測溫方法測溫時，尤其在金屬液體測溫領域，由于待測液體具有高腐蝕性，基本上用采K型鎧裝熱電偶進行間斷式測溫，無法實現在線測溫的實時性與精確性，而在現有的在線式測溫系統中由于保護管壁較厚，溫度響應嚴重滯后，系統穩定性和精確度不高。
【發明內容】
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[0004]本發明的目在于提供一種具有在線測溫的測量儀器，可以有效的解決保護管耐腐蝕性差、熱電偶測量精度差、響應慢等缺點，具有快速響應I秒測溫，測量準確，使用壽命長等優點。
[0005]為實現上述發明目的，本發明液體測溫系統包括光學測量系統、氣源控制器、光譜測溫儀、數據記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭，所述金屬光學筒的一端用于插入需要測溫的液體中，另一端通過測量窗口與所述光學鏡頭連接，所述氣源控制器通過控制閥與所述金屬光學筒中段上設置的氣孔氣密連通，用于對所述金屬光學筒內部進行氣體吹掃，所述光學測量系統的后部連接有所述光譜測溫儀、所述數據記錄儀和所述大屏顯示器，用于對測量所得的數據進行記錄和顯示。
[0006]優選還包括保護管，所述保護管通過螺紋套裝在所述金屬光學筒的前端，當對高溫液體或腐蝕性液體進行測溫時，用于保護金屬光學筒。
[0007]優選還包括支架，當進行在線測溫時，通過所述支架將所述光學測量系統固定在容器壁上。
[0008]優選當進行測溫時，所述金屬光學筒插入測溫液體中150_200mm。
[0009]優選所述金屬光學筒是利用耐高溫金屬制成的圓筒形金屬光學黑體管，其長度與直徑之比大于10。
[0010]優選所述保護管為為厚壁的復合陶瓷管。
[0011]有益效果:
[0012]1、本發明結合接觸式和非接觸測量式兩者的優點，兼顧接觸測量的高精度和非接觸測量式的快速，從而實現了對鋁液快速準確的測量。
[0013]2、本發明在產品結構設計上，克服了接觸式與非接觸式測量的天然缺點，融合兩者優點，實現了兩者的完美統一。可以實現:1秒的快速響應、小于3°C的精確測量、超長6個月的使用壽命。克服了接觸測試的反應慢；非接觸測量的誤差大的缺點。
[0014]3用空氣動力氣流進行間斷吹掃，保護了光學系統的測量窗口的潔凈，能夠真實反映液體靶面的溫度(金屬光學筒的通孔直接插在熔液體內150-200_，此時熔融液體在金屬光學筒內的液面叫液體靶面)。并保證了儀器可以長期正常工作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明液體測溫系統總體結構示意圖。
[0016]圖2為對金屬光學黑體管被氣體吹掃時的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]本項目設計方案見圖1擬采用融合接觸式測溫和非接觸式測溫，氣膜保護的光學通道，采集到被測物的光譜信號從而得知溫度。
[0018]該系統包括復合陶瓷保護管4、單向截止閥7、氣源控制器9、光學測量系統(6、10、11)、光譜測溫儀12、數據記錄儀13、大屏顯示器14。主要部件作用:復合陶瓷保護管4具有抗腐蝕，壁厚等性能，用于保護金屬光學黑體筒6，延長使用壽命；金屬光學黑體筒4用于被測物體的光譜通道和氣膜吹掃通道；氣膜控制器7用于氣膜產生及控制；單向截止閥7用于氣流的單向控制；光學鏡頭11前安裝有用戶保護的測量窗口 10，光學鏡頭11透過測量窗口 10對小目標的圖像信號進行采集；光譜測溫儀12用于將圖像光譜轉化為溫度數據；數據記錄儀13用于對數據進行記錄和保存；大屏顯示器14用于溫度顯示，供生產人員觀察
[0019]如圖2所示，復合陶瓷保護管4為圓柱形筒狀，中間通孔，采用耐腐蝕的材料，設計的壁厚很厚，可以長時間耐腐蝕侵蝕。金屬光學黑體筒6為圓柱形筒狀，中間通孔，與復合陶瓷保護管4通過螺紋形式連接，兩者螺紋之間是具有氣密性。金屬光學黑體筒6是由耐高溫金屬制成，內部通過光學表面處理。在線測量時，用支架5穩定固定在容器I的上蓋3上。測量前將復合陶瓷保護管4緩慢垂直插入容器I盛裝的被測熔融液體2內150-200mm，復合陶瓷保護管4內部的金屬光學黑體筒6及連接口都是被設計成氣密性，由于氣壓的存在，當插入液體時，熔融液體2無法進入金屬光學黑體筒6內。當復合陶瓷保護管4插入一定深度150-200_后，熔融液體2的靶面與密閉的金屬光學黑體筒6形成一個空腔，空腔的長度與內徑之比遠遠大于10，當有一束能量光譜射線從金屬光學黑體筒6開口端射入管內，由于管子細長，射線在管內要經過多次反射才能從原入射管口發射出來。因此光譜射線的大部分能量被留在管內，故其吸收率近于1，且在測溫范圍內近似保持為常量，在工業上可以視為黑體。
[0020]此時，熔融液體2的光譜信號同溫度有一個穩定的函數關系，通過測量光譜值的大小就可以感知溫度的變化。光學測量系統通過光學金屬黑體筒6采集到熔融液體2的光譜圖像信號，通過光譜測溫儀12把光譜信號換算成相對應的溫度值。數據通過數據記錄儀13記錄，在通過大屏顯示器顯示，以供生產使用。
[0021]在長期在線工作中，在光學黑體筒6內會具有高溫熔融液體揮發出的各種雜質氣體，底部高溫氣體上升，溫度較低的上層氣流下降，在空腔內形成氣流流動及循環，揮發氣體所含的雜質在循環中會對光學通道及測量窗口 10產生污染，造成光譜信號的失真，導致系統無法長時間準確地測量。為了解決這個問題，在金屬光學黑體筒6上端，開一個氣孔，利用氣源控制器9對金屬光學黑體筒6內的氣體通道進行吹掃，氣源控制器9通過單向截止閥7和氣體管路8與金屬光學黑體筒6連接。氣源控制器9的氣體流量的大小、速度都是可調節的，吹掃的時間及時間間隔都是可以調整的。
[0022]氣源控制器9不工作時，金屬光學黑體筒6內部是密閉的，氣源接口處由于單向截止閥7的存在，內部是密閉的，氣體無法流出。根據現場實際情況，當管內揮發物質形成一定量的時候，開啟氣源控制閥，潔凈的空氣通過單向截止7，向金屬光學黑體筒內6吹掃。金屬光學黑體筒6內徑設計的很小，小于10mm，同樣，氣源控制器9氣流流速設計的很慢，這樣的話，大容量的熔融液體2的溫度場對小氣流造成的影響可以忽略不計，不會對目標溫度產生影響。
[0023]為了避免吹掃氣流造成對溫場測量的影響，可以在氣源吹掃期間及吹掃過后幾秒內，氣源控制器9給數據記錄儀13—個信號，對這段時間內(小于1s)數據不予采樣或剔除。通過對光譜對熱能光源分析處理，送至智能溫度記錄儀進行運算，溫度記錄儀的數據通過無線或RS485方式，發送到大屏顯示器14以供現場顯示。
[0024]利用本發明的液體測溫系統進行在線測溫的基本誤差小于0.3% F.S。測量范圍是500-1100°C。顯示分辨率:1°C。其中供電部分包括:光譜儀測溫部件為無源，分析部件采用DC 24V供電，顯示部件采用AC220V供電。顯示數碼尺寸:測量部件:0.5英寸，顯示部件:5英寸。整個系統的工作環境包括:光譜儀測溫電子部件承受環境溫度< 200°C，儀表承受環境溫度O?50°C，相對濕度S 85%。儀表內部冷端補償溫度范圍:0?50°C。
[0025]其中系統設備外形尺寸中光譜測溫儀可根據現場安裝要求和用戶的要求情況定制數顯表，規格有:160X80X70mm，大屏顯示部件:525X200 X80mm和自定義規格。其中數顯表重量約0.5kg ;顯示部件約7kg。無線傳輸距離大于100米；測量部件功耗小于300mff ;顯示部件小于10W。
[0026]以上對本發明的優選實施方式進行了說明，但本發明并不限定于上述實施例。對本領域的技術人員來說，在權利要求書所記載的范疇內，顯而易見地能夠想到各種變更例或者修正例，當然也屬于本發明的技術范疇。
【權利要求】
1.一種液體測溫系統，其特征在于:包括光學測量系統、氣源控制器、光譜測溫儀、數據記錄儀和大屏顯示器，所述光學測量系統包括金屬光學筒、測量窗口和光學鏡頭，所述金屬光學筒的一端用于插入需要測溫的液體中，另一端通過測量窗口與所述光學鏡頭連接，所述氣源控制器通過控制閥與所述金屬光學筒中段上設置的氣孔氣密連通，用于對所述金屬光學筒內部進行氣體吹掃，所述光學測量系統的后部連接有所述光譜測溫儀、所述數據記錄儀和所述大屏顯示器，用于對測量所得的數據進行記錄和顯示。
2.根據權利I所述的液體測溫系統，其特征在于:還包括保護管，所述保護管通過螺紋套裝在所述金屬光學筒的前端，當對高溫液體或腐蝕性液體進行測溫時，用于保護金屬光學筒。
3.根據權利I所述的液體測溫系統，其特征在于:還包括支架，當進行在線測溫時，通過所述支架將所述光學測量系統固定在容器壁上。
4.根據權利I所述的液體測溫系統，其特征在于:當進行測溫時，所述金屬光學筒插入測溫液體中150-200mm。
5.根據權利I?4中任一項所述的液體測溫系統，其特征在于:所述金屬光學筒是利用耐高溫金屬制成的圓筒形金屬光學黑體管，其長度與直徑之比大于10。
6.根據權利I?4中任一項所述的液體測溫系統，其特征在于:所述保護管為厚壁的復合陶瓷管。
【文檔編號】G01J5/02GK104501962SQ201410766434
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月11日 優先權日:2014年12月11日
【發明者】蔡捷偉 申請人:中國航天空氣動力技術研究院