本发明涉及一种钢包表面测温技术，具体为一种钢包表面测温装置与测温方法。
背景技术：
钢包是冶金工业中重要的高温容器，其使用寿命及使用的安全性对钢铁企业生产的正常运行影响巨大。如何实现对钢包内衬厚度的在线软测量，是广大科研工作者共同关心的问题。
钢包的工作层耐火材料由于周期性地受钢水的冲刷和侵蚀，因而不断地产生侵蚀和剥落，当耐火材料局部损毁严重，而又未被发现时，将造成严重的漏钢事故。因此，使用该测温装置测量钢包外表面温度，然后通过建立的钢包外表面各点温度通过软测量建模算法获得钢包内衬残余厚度与外表面温度之间对应关系的数据库，实现钢包内衬材质的损毁程度进行监测，成为保证安全生产的重要措施。
在实际生产过程中，由于钢包是移动的，在其内部高温钢水的影响下，钢包表面温度很有可能在瞬间发生骤变，而目前工业现场不能进行钢包表面温度的实时检测，更无法实现远端监控，使工业现场存在极大的安全隐患。
技术实现要素：
针对现有技术中无法实现移动钢包表面温度实时检测及远程监控等不足，本发明要解决的问题是提供一种可实现钢包表面温度的自动实时测量、提高生产安全系数的钢包表面测温装置与测温方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种钢包表面测温装置，包括保护单元、感温单元以及无线传输单元，其中，感温单元与钢包表面各采温点抵接，无线传输单元与远端控制中心进行无线数据传输；感温单元和无线传输单元安装于保护单元中，整体固定于钢包外表面。
所述保护单元包括保护外壳、内壳、安装板以及保护层，其中保护外壳为筒状，内壳以可转动方式设于保护外壳里侧，安装板同轴固定在内壳内壁上，安装板上设有多个用于固定感温单元的安装孔；安装板在一个直径方向上对称设有弹簧装置，弹簧装置端部凸出于安装板，内壳相应部位为孔；在保护外壳内侧设有多个凹槽，弹簧装置端部通过内壳孔与保护外壳的凹槽配合；保护层固定安装于内壳端部一侧。
所述保护层包敷岩棉和石棉网，无线传输模块粘在保护层内。
保护外壳内侧的凹槽为15-20个，均为半球状，在保护外壳内侧排列成一条与轴向平行的直线。
所述感温单元内部安装有1～3个感温元件，轴向平行布设于保护单元内部安装板上，1～3个感温元件端部轴向对齐。
感温元件为3个，在感温单元内轴向布设成等边三角形，在等边三角形中心部位还设有第四感温元件，其长度短于1～3个感温元件的长度。
无线传输单元包括微处理器、ram、输入输出接口、电源管理模块、射频模块以及pc接口电路，其中微处理器的输入端经输入输出接口接收感温单元采集的温度信号，微处理器与ram、射频模块以及pc接口电路分别进行双向连接；电源管理模块分别为微处理器、ram以及射频模块提供工作电源。
本发明一种根据权利要求1所述的钢包表面测温装置的测温方法，包括以下步骤：
1)将感温单元和无线传输单元在保护单元中进行固定及电连接，然后将保护单元用法兰连接在钢包外表面；
2)转动保护层，带动内壳转动，并前后滑动，调节感温单元与被测物体表面的距离，使感温单元端部刚好接触到待测物体的表面；
3)将两个弹簧装置卡在保护外壳两侧的半球状凹槽内，将内壳固定；
4)感温单元将采集到的钢包外表面温度测量数据通过ad转换接口传输至无线传输单元，无线传输单元通过无线网络将温度测量数据上传至远端控制中心。
感温单元包括用于测量待测物体表面温度的第一～三热电阻，还包括用于测量保护外壳内部温度的第四热电阻，其端部始终在保护单元中悬空。
远端控制中心通过usb接口将无线通讯模快连接在pc上，作为传感器网络上的基站，数据采样速率是每秒采样一次，最高可能速率是每秒四次采样；数据通过设备控制软件以十六进制数字格式记录，并且数据文件以文本格式存储在数据接收器pc上。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明将测温装置固定在钢包表面，可以实现钢包表面温度的自动实时测量，提高生产安全。
2.本发明通过zigbee无限传输模块可将实时温度数据传输至远端控制中心，实现远程监控，保障了现场工作人员的生命安全，操作简便，无技术障碍，实用性强。
3.本发明装置功耗低，可实现普通电池供电解决了传统无线装置高功耗的问题；
4.本发明装置具有成本低廉易于组网等优势，适合在工业企业相关热工设备表面测温，具有较大推广价值。
附图说明
图1为端盖侧视图；
图2为本发明的a-a剖面图；
图3为采集元件安装板示意图。
图4为采集传输系统流程图
其中，1为第一热电阻，2为第二热电阻，3为第三热电阻，4为第四热电阻，5为zigbee无线传输模块，6为第一卡箍，7为第二卡箍，8为第三卡箍，9为安装板，10为第一法兰，11为第二法兰；12为保护外壳，13为保护层，14为内壳，15为螺栓，16为法兰垫片，17为安装板，18为第一弹簧装置，19为第二弹簧装置，
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
本发明为了克服在实际生产过程中钢包表面测温困难以及难以实现远端监控问题，提出一种钢包表面测温装置，应用该装置，可以实时测量钢包表面温度并且将数据传输至远处控制中心，实现远端实时监控，保障生产安全。
如图1所示，本发明钢包表面测温装置包括保护单元、感温单元以及zigbee无线传输单元，其中，感温单元与钢包表面各采温点抵接，无线传输单元与远端控制中心进行无线数据传输；感温单元和无线传输单元安装于保护单元中，整体固定于钢包表面。
保护单元包括保护外壳12、内壳14、安装板9以及保护层13，其中保护外壳12为筒状，内壳14以可转动方式设于保护外壳12里侧，安装板9同轴固定在内壳14的内壁上，安装板9上设有多个用于固定感温单元的安装孔；安装板在一个直径方向上对称设有弹簧装置，弹簧装置端部凸出于安装板9，内壳相应部位为孔，由弹簧装置端部由孔穿出；在保护外壳12内侧设有多个凹槽，弹簧装置端部穿过内壳14的孔与保护外壳12的凹槽配合；保护层13固定安装于内壳14端部端部一侧。
本实施例中，保护外壳12、保护层13、内壳14均采用抗晶间腐蚀性好、焊接性能好的不锈钢1cr18ni9ti制作而成。保护层13通过焊接固定安装于保护外壳14远离钢包的端面上，内部包敷岩棉和石棉网，无线传输模块粘在保护层13内，使传输单元能在20-30°的温度下工作。
感温元件为3个，在感温单元内轴向布设成等边三角形，在等边三角形中心部位还设有第四感温元件，其长度短于1～3个感温元件的长度，如图3所示。
本发明中，感温单元具有用于测量待测物体表面温度的第一～三热电阻1～3，第一～三热电阻1～3的信号线通过ad转换接口与无线传输单元5连接。
本装置还可具有用于测量保护外壳内部温度的第四热电阻4，第四热电阻4的信号线同样通过ad转换接口与无线传输单元连接。
如图2所示，无线传输单元包括zigbee无线传输模块，其具体结构为：无线传输单元包括微处理器、ram、输入输出接口、电源管理模块、射频模块以及pc接口电路，其中微处理器的输入端经输入输出接口接收感温单元采集的温度信号，微处理器与ram、射频模块以及pc接口电路分别进行双向连接；电源管理模块分别为微处理器、ram以及射频模块提供工作电源。
本发明装置在现场组配时，首先将四个铠装热电阻即第一～四热电阻1～4通过第一～四卡箍6～8固定在安装板9上，将zigbee无线传输模块5粘在保护层13内，以保护无线传输单元5在高温条件下不被损坏，再将热电阻通过ad转换接口连接zigbee无线传输模块，再用第一～二法兰10～11将整个装置与待测壁面固定。
使用时，可通过保护层13带动内壳14转动，第一、二弹簧装置18、19被压缩，感温单元可在保护外壳12内部自由滑动，当感温单元被调节到所需位置后，将第一、二弹簧装置18、19卡在保护外壳两侧的半球状凹槽内，将内壳14固定，以确保感温单元中的感温元件固定在待测物体表面上。
安装板上的弹簧装置通过内壳的转动，离开保护外壳12的凹槽，弹簧装置凸出的端部被压缩，由内壳的孔中退出，此时内壳与保护外壳之间可以相对滑动，类似雨伞伸缩杆。
本实施例中，感温单元由四个型号为wzccu50的铠装热电阻组成。
如图4所示，本发明一种钢包表面测温方法，包括以下步骤：
1)将感温单元和无线传输单元在保护单元中进行固定及电连接，然后将保护单元用法兰连接在待测物体的表面；
2)转动内壳，调节感温单元与被测物体表面的距离，使感温单元端部刚好接触到待测物体的表面；
3)然后转动保护层13，使得两个弹簧装置刚好卡在保护外壳两侧的半球状凹槽内，将内壳固定；
4)感温单元将采集到的钢包表面温度测量数据通过ad转换接口传输至无线传输单元，无线传输单元通过无线网络将温度测量数据上传至远端控制中心。
本实施例中，感温单元包括用于测量待测物体表面温度的第一～三热电阻，还可包括用于测量保护外壳内部温度的第四热电阻，其端部始终在保护单元中悬空。
使用上述装置，需按如下工艺进行操作：
首先将第一～四热电阻1～4和zigbee无线传输单元5固定，然后将保护单元用第一～二法兰10～11连接在待测物体的表面，转动内壳，调节感温单元与被测物体表面的距离，使感温单元第一～三热电阻1～3端部刚好接触到待测物体的表面，然后将两个弹簧装置卡在保护外壳两侧的半球状凹槽内，将内壳固定。
本实施例中，保护外壳内侧的凹槽为15-20个，均为半球状，在保护外壳内侧排列成一条与轴向平行的直线。可以根据不同测温条件，更换不同型号的热电阻型，这样可以在轴向调整到所需位置。
第一～三热电阻1～3用于测量待测物体表面温度，第四热电阻4用于测量本发明装置内部温度，四个热电阻通过ad转换接口连接zigbee无线传输模快。在几百米远处的控制中心，通过usb接口将zigbee模快连接在pc上，作为传感器网络上的基站，数据采样速率是每秒采样一次，最高可能速率是每秒四次采样。数据通过设备控制软件以十六进制数字格式记录，并且数据文件以文本格式存储在数据接收器pc上。
本发明可以使用电子表格软件的宏功能监视与时间相关的数据变化，从而实现远程监控和实时自动测量。