专利名称：一种高温液体温度连续测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高温液体温度测量，特别涉及一种高温液体温度连续测量方法及装置。
背景技术：
在冶金和玻璃等的生产过程中，实现对熔融金属、玻璃等温度的连续测量对调整生产工艺、降低能耗、提高质量有重要意义。
公告号为CN1116593C的中国专利公开了“一种钢水温度连续测量方法和测温管”，具体方法为提供一个测温管，该测温管是复合管，内、外两套管均是一端开口，一端封闭；将所述测温管的封闭端插入钢水中，插入的长度与所述测温管的内径之比等于或大于15，与所述测温管的外径之比大于3；将所述测温管的另一端与测温仪相连；通过所述测温仪对所述测温管插入钢水中的内套管端部发出的热辐射进行分析，从而计算出钢水的温度。所述发明专利的技术原理是利用黑体辐射测温，当满足所述比例关系后，复合管近似于黑体。但该方法也有不足在钢水冶炼过程中，钢水的液面是不断变化的，当液面下降到使测温管插入钢水长度不满足所述比例关系时，测温管就不能当作黑体，这样就造成测温不准，误差大。并且当钢水液面较低时，由于传热的影响，处于液面以下的测温管并不能准确感知钢水的温度，其感知温度要比钢水实际温度低。
公告号为CN2729672Y的中国专利公开了一种“高温液体测温装置”，该装置的工作方式为单层测温管感知高温液体的温度并发出热辐射，窥视管中的光学系统接收测温管底端的辐射光波并送光电比色传感器，光电传感器对光信号进行滤波和分光，并将两个不同波长的红外光送光电池转换为电信号，智能仪表根据电信号测得实际温度。比色测温虽然能够避免灰尘等对测量的影响，但在被测物体不是灰体的时候，同样存在误差。本专利同样没有解决高温液面变化对测温管有效发射率及测温管温度的影响问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种测温精度较高的高温液体温度连续测量方法及装置。
为实现上述目的，本发明采用以下方法实现对高温液体温度的连续测量a.提供一个一端开口、一端封闭的测温管并将其封闭端插入到高温液体中；b.提供一个高温液体液面测量装置，测得高温熔池内高温液体液面的高度；c.将所述测温管和液面测量装置与测温仪相连；d.通过所述测温仪对所述测温管插入高温液体中的端部发出的热辐射、高温液体液面的变化进行分析，从而计算出高温液体的温度。
所述步骤d中，通过获知高温液体液面的高度计算出所述测温管插入液面的实际长度，由理论计算或经验数据得到所述测温管内壁的实际发射率和所述测温管感知温度与钢水实际温度的偏差，测温仪根据实际发射率和温度偏差对测量的热辐射进行补偿，从而计算出高温液体的温度。
所述步骤b中，使用称重法测得高温熔池内高温液体液面的高度。
所述步骤d中，所述测温仪利用辐射测温或亮度测温或比色测温技术。
所述测温管是单层管或复合管，所述复合管是由内、外管套在一起构成的，内外套管均是一端开口，一端封闭。
所述高温液体包括熔融金属或熔融玻璃。
为实现上述方法，本发明还提出了这样一种高温液体温度连续测量装置，所述装置包括一端适于插入高温液体以感知温度的测温管、与测温管另一端相连接的测温仪；所述装置还包括用于测量高温液体的液面变化并与所述测温仪相连接的高温液体液面测量装置，所述测温仪和高温液体液面测量装置配合从而连续测温高温液体的温度。
所述高温液体液面测量装置包括安装在高温液体底部的压力传感器或液位测量计。
所述测温仪是辐射测温或亮度测温或比色测温装置。
所述测温管是单层管或复合管，所述复合管是由内、外管套在一起构成的，内外套管均是一端开口，一端封闭。
本发明的技术原理为在辐射测温领域中，测温管插入到熔融液体的长度会影响测温管内壁的有效发射率。表1显示了熔融液体温度为1500℃时，内径为Φ26mm测温管内底端靶面的平均有效发射率与测温管插入熔融液体深度的关系。从表1中可以看出，以插入熔融液体(如钢水)深度300mm为基准，当插入深度变为100mm时，靶面平均有效发射率的差值为0.012456，由此带来的温度偏差为5.42℃。由此可见插入熔融液体深度不满足黑体空腔条件时，所带来的测温误差是相当大的。
需要指出的是，熔融液体温度本身的变化也会影响测温管的有效发射率，从而导致测温的不准确。但通过理论分析表明，熔融液体温度变化所导致的测温管有效发射率的变化是很小的，可以忽略不计。表2中计算了在插入熔融液体(如钢水)深度为100mm时，不同熔融液体温度对发射率的影响。从表2中可以看出，如果假定熔融液体(如钢水)的温度为1500℃，与1400℃及1600℃时的发射率差值分别为0.00043和0.00041，由此带来的温度偏差为0.1914℃和0.18301℃，可见偏差是是非常小的。
还需要指出的是，当测温管插入熔融液体的长度比较短时，由于存在的散热影响，测温管感知温度与熔融液体(如钢水)实际温度也会有偏差。如表3所示，当钢水实际温度是1500℃，不同插入深度情况下测温管测得的温度，如当插入深度是50mm时，测温管的感知温度与实际温度偏差已达5℃，这种偏差是不能忽略的。随着测温管插入深度的变大，这种偏差逐渐变小。
根据传热分析和辐射理论研究，按照本发明的技术方案，由于考虑到了高温液体液面变化对测温管有效发射率的影响以及对感知温度与实际温度偏差的影响，因此，不管测温管插入钢水深度为多少，是否满足黑体空腔的条件，都不影响高温液体温度连续测量的准确性。
图1是本发明的一种高温液体温度连续测量装置的结构示意图；图2是本发明的另一种高温液体温度连续测量装置的结构示意图；图3是本发明的一种测温管的结构示意图；图4是本发明的另一种测温管的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详尽描述。
实施例1如图1所示，用于实现根据本发明的对高温液体温度进行连续测量的方法的装置，应用在钢包6中钢水7连续测温中，所述装置包括测温管2、测温仪以及与测温仪相连接的液面测量装置5。所述测温仪是一辐射测温装置，包括安装在测温管2一端的测温探头3、光纤4、信号处理器1。所述液面测量装置5如压力传感器安装在钢包6的底部，利用称重法测得钢水7的液面高度。当然也可以用液位计等装置去取代所述压力传感器。在对钢水温度连续测量时，将测温管2固定在盖子8上，从而插入钢水7中。
所述测温管2采用复合管结构，如图3所示，内外套管21、22均是一端开口、一端封闭，封闭端插入到钢水7中。外管21可选用一些耐高温、耐渣侵、耐腐蚀的材料，如Al2O3、C或Al2O3、C、Zr或SiC。内管22选用一些发射率高、耐高温、不挥发的材料，如Al2O3。另外，外管21的外壁最好涂有防氧化涂层，提高对钢水7的抗腐蚀能力。
下面描述对钢水7温度连续测量的过程。首先将测温管2插入到钢水7中，测温管2的底端发出红外辐射；钢水液面测量装置5测得钢水7液面的高度；测温探头3接收测温管2底端发出的红外辐射信号，并通过光纤4送至信号处理器1，同时测得的钢水7液面高度信号也送信号处理器1；信号处理器1根据液面高度信号得到测温管2插入到钢水7中的长度，并根据信号处理器1内存储的数学模型或理论和经验数据(如通过表1插值得到)从而实时计算出测温管2的有效发射率；同时当钢水7液面较低时，由于散热等原因测温管2此时的感知温度要比钢水7实际温度要低，因此还需要对测得的感知温度进行补偿，这种补偿可以通过信号处理器1内存储的数学模型或理论和经验数据(如通过表3插值得到)进行；测温仪这时就可通过接收到的测温管2底端的红外辐射信号，利用得到的测温管2的有效发射率和测温管2感知温度与钢水实际温度的偏差对测得信号进行补偿，通过辐射测温技术计算出钢水7的真实温度。
表1靶面平均有效发射率(钢水温度为1500℃，不同的腔体插入深度)
表2靶面平均有效发射率(插入深度为100mm，不同钢水温度的情况)
表3测温管的测得温度(钢水温度是1500℃，测温管在不同插入深度下)
实施例2如图2所示，用于实现根据本发明的对钢水温度进行连续测量的方法的装置，应用在钢包6中钢水7连续测温中，所述装置包括测温管2、测温仪以及与测温仪相连接的液面测量装置5。所述测温仪是一比色测温装置，包括安装在测温管2一端的测温探头3、分光装置9、光纤4，10和信号处理器1。液面测量装置5如压力传感器安装在钢包6的底部，利用称重法测得钢水7的液面高度。当然还可以用液位计等装置去取代所述压力传感器。在对钢水7温度连续测量时，将测温管2固定在盖子8上，从而插入钢水7中。
所述测温管2采用单管结构，如图4所示，测温管2一端开口、一端封闭，封闭端插入到钢水7中。测温管2的材料可选用Al2O3、C或Al2O3、C、Zr或SiC，外壁最好涂有防氧化涂层，提高测温管2对钢水7的抗腐蚀能力。
下面描述对钢水7温度连续测量的过程。首先将测温管2插入到钢水7中，测温管2的底端发出红外辐射；钢水液面测量装置5测得钢水液面的高度；测温探头3接收测温管底端发出的红外辐射信号，并通过光纤4送至分光装置9，由分光装置9分成两路不同波长的光，之后两路光信号通过光纤10送信号处理器1，同时测得的钢水7液面高度信号也送信号处理器1；信号处理器1根据液面高度信息得到测温管2插入到钢水7的长度，并根据信号处理器1内存储的数学模型或理论和经验数据(如通过上述表1插值得到)实时计算出测温管2的有效发射率；同时当钢水7液面较低时，由于散热等原因测温管2此时的感知温度要比钢水7实际温度要低，因此还需要对测得的感知温度进行补偿，这种补偿可以通过信号处理器1内存储的数学模型或理论和经验数据(如通过表3插值得到)进行；测温仪这时就可通过接收到的测温管2底端的红外辐射信号，利用得到的测温管2的有效发射率和测温管2感知温度与钢水实际温度的偏差对测得信号进行补偿，通过比色测温技术计算出钢水7的真实温度。
需要指出的是，上述实施方式不应理解为对本发明保护范围的限制。比如说，上述测温仪还可以采用亮度测温技术，而高温液体也可以是其它熔融金属或玻璃等。本发明的关键是，通过加入高温液体液面测量装置，实时测得液面的变化，进而通过测温仪实时得到测温管的有效发射率，并对测得的测温管的感知温度进行补偿，从而达到准确测温。在不脱离本发明精神的情况下，对本发明作出的任何形式的改变均应落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种高温液体温度连续测量方法，包括步骤a.提供一个一端开口、一端封闭的测温管并将其封闭端插入到高温液体中；b.提供一个高温液体液面测量装置，测得高温熔池内高温液体液面的高度；c.将所述测温管和液面测量装置与测温仪相连；d.通过所述测温仪对所述测温管插入高温液体中的端部发出的热辐射、高温液体液面的变化进行测量和分析，从而计算出高温液体的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤d中，通过获知高温液体液面的高度计算出所述测温管插入液面的实际长度，由理论计算或经验数据得到所述测温管内壁的实际发射率和所述测温管感知温度与钢水实际温度的偏差，测温仪根据实际发射率和温度偏差对测量的热辐射进行补偿，从而计算出高温液体的温度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤b中，使用称重法测得高温熔池内高温液体液面的高度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤d中，所述测温仪利用辐射测温或亮度测温或比色测温技术。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述测温管是单层管或复合管，所述复合管是由内、外管套在一起构成的，内外套管均是一端开口，一端封闭。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述高温液体包括熔融金属或熔融玻璃。
7.一种高温液体温度连续测量装置，所述装置包括一端适于插入高温液体以感知温度的测温管、与测温管另一端相连接的测温仪；其特征在于所述装置还包括用于测量高温液体的液面变化并与所述测温仪相连接的高温液体液面测量装置，所述测温仪和高温液体液面测量装置配合从而连续测量高温液体的温度。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述高温液体液面测量装置包括安装在高温液体底部的压力传感器或液位测量计。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述测温仪是辐射测温或亮度测温或比色测温装置。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述测温管是单层管或复合管，所述复合管是由内、外管套在一起构成的，内外套管均是一端开口，一端封闭。
全文摘要
本发明公开了一种高温液体温度连续测量方法，包括步骤a.提供一个测温管并将其封闭端插入到高温液体中；b.提供一个高温液体液面测量装置，测得高温熔池内液面的高度；c.将所述测温管和液面测量装置与测温仪相连；d.通过所述测温仪对所述测温管插入高温液体中的端部发出的热辐射、高温液体液面的变化进行测量和分析，从而得出高温液体的真实温度。此外，本发明还公开了用于实施该方法的装置，所述装置包括一端适于插入高温液体以感知温度的测温管、与测温管另一端相连接的测温仪；所述装置还包括用于测量高温液体的液面变化并与所述测温仪相连接的液面测量装置，所述测温仪和液面测量装置配合从而连续测量高温液体的温度。
文档编号G01J5/50GK1908601SQ200610052948
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月10日 优先权日2006年8月10日
发明者胡松, 於志平, 李增珍, 孙敬文, 王健 申请人:王健