[发明专利]一种炉膛工件测温装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及工程检测技术领域，尤其涉及一种炉膛工件表面温度场红外热成像测温方法及其装置。

背景技术

在热加工工业实际生产过程中，炉膛内部被加热工件表面温度分布，尤其是直火式管式加热炉的炉管壁面温度分布一直是人们关心的重要技术指标。因此，多年来人们一直致力于解决这个问题。传统的炉管壁面温度监测方法是在炉管表面埋入热电偶，此方法仅仅能够检测到所埋点的炉管壁温，无法监测炉膛内加热工件如炉管、管架等内件的整体受热状态。这种接触式测温方法虽然测量精度较高，但是在强氧化、高温烟气环境中使用寿命很短，有的几天就翘起失效，因此无法在整个运行周期内，实现对炉管壁温(埋入点)在线检测。

近年来随着红外热成像测温技术的快速发展，有人尝试使用非接触的红外定点测温方法和红外热成像法，对炉管外壁温度进行测量。但由于工业炉炉管处于高温火焰环境的炉膛内，仅仅局限于从炉子看火孔外观测。这种方法无论使用光电高温计还是使用红外热像仪也只能检测到很少几根炉管的局部壁面温度，即测温视场受限，观测到的炉膛工件热图像极其有限；其次对于直火式管式加热炉，由于整个炉膛都弥漫着高温烟气，炉管被高温烟气包围着，炉管表面的红外辐射被高温二氧化碳气体辐射所笼罩。因而单纯使用非接触红外测温仪测量，结果误差非常大。本发明针对以上问题提出：一种接触与非接触相结合的炉膛工件表面温度场红外热成像测温方法及其装置，实时监测炉膛内整个炉管管壁受热情况，以实现对炉膛内工件(如炉管)表面温度场的大范围、宽视角在线精确测量。

文献《南京化工大学报》第21卷第6期“工业炉管温度的红外成像测试方法”公开了一种通过看火孔外架设红外热像仪的方法，对工业管式加热炉炉管温度分布进行检测及其误差校正的方法。此方法没有内窥式红外透镜组，仅仅局限于从炉子看火孔观测，只能使用红外热像仪检测到很少几根炉管的局部壁面温度。由于没有伸入炉膛内的红外观测内窥镜，因而不能观测整个炉膛内炉管温度分布。且系统没有设接触式点温计对红外热像测温进行误差校正，测温误差大。

中国专利CN201607278U公开了一种通过看火孔安装内窥镜保护套管将红外热像仪和可见光摄像机同时安装于其保护套管内的方法对工业管式加热炉炉管温度分布进行检测的方法。此方法虽然在保护套管内设置了窥镜组，但是其透镜组同时接收红外和可见光是不可能的，即使只设红外透镜其对被测炉管的红外辐射的衰减也非常大，因此测量误差很大。该专利没有设置高温烟气滤光片，不能排除烟气对炉管的热屏蔽效应，其测温结果不能反映炉膛内炉管表面温度分布的真实情况。另外，由于系统没有设置接触式点温计对红外热像测温进行误差校正，这种测量方法同样测温误差很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现对炉膛内工件表面温度场的大范围宽视角在线测量，并且实现红外热成像测温的精确测量。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种炉膛工件测温装置，包括带冷却保护套管的红外光内窥镜镜头组、烟气滤光片、红外热成像探头、探头温度自动冷却控制部件、镜头组自动旋转进退机构、红外热成像预处理机、红外测温主机、以及接触式工件表面温度测温计，所述带冷却保护套管的红外内窥镜镜头组安装在加热炉炉墙的看火孔内，红外内窥镜镜头组安装在冷却保护套管的内层套管中，所述红外内窥镜镜头组前端安装有温度传感器，镜头组后端与红外热成像探头间是烟气滤光片，所述镜头组自动旋转进退机构固定在炉膛外壁的壳体上；所述冷却保护套管与探头温度自动冷却控制部件相连；所述红外内窥镜镜头组与自动旋转进退机构连接在一起；所述红外热成像预处理机通过信号传输电缆分别与红外热成像探头、镜头组自动旋转进退机构以及探头温度自动冷却控制部件相连，红外热成像预处理机通过红外图像远传光缆与红外测温主机相连；所述接触式工件表面温度测温计测量后的数据传输到红外测温主机。

本发明一种炉膛工件测温装置，其进一步特征在于：冷却保护部件的红外热成像镜头组是由多片透红外光学玻璃镜片构成。红外热成像镜头组带有烟气滤光片。可有效滤除高温烟气对炉膛内工件(如炉管)表面温度屏蔽效应。

本发明一种炉膛工件测温装置，其进一步特征在于：所述红外内窥镜镜头组的镜头前端安装有温度传感器。可通过预处理主机对冷却介质流量调节，保持内窥镜内温度稳定，有效保护红外镜片，保障测温精度。该装置还带有自动旋转进退机构，可完成镜头组超温等一系列自动进退炉膛、旋转观测、扩大测量镜头的视场角动作。

本发明一种炉膛工件测温装置，其进一步特征在于：所述冷却保护套管为多层，最好为三层夹套结构，最内层安装红外内窥镜镜头组。