本發(fā)明屬于熔融金屬，涉及一種熔融金屬多熱工量測量方法、裝置、電子設(shè)備及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、熔融金屬是金屬礦石經(jīng)過復(fù)雜冶煉過程后形成的高溫熔融態(tài)流體，包括鐵水、鋼水、銅液、鋁液等。熱工量(溫度、熱流)是熔融金屬凝固生產(chǎn)過程中重要核心物理參數(shù)，準(zhǔn)確實時掌握凝固過程中熱工量參數(shù)，對質(zhì)量控制、工藝參數(shù)選擇有重要的意義，也為金屬冶煉過程的閉環(huán)調(diào)控提供了關(guān)鍵反饋信息。

2、現(xiàn)有溫度測量方法從原理上包括接觸式與非接觸式，接觸法通常是在鑄模、結(jié)晶器后部鉆孔伸入溫度薄膜熱電偶傳感器測量溫度，因測量位置靠后所測溫度遠低于熱面溫度，測量時間因薄膜熱電偶傳感器自身響應(yīng)特性存在滯后性，無法實現(xiàn)對快速熱場的及時響應(yīng)，另外受制于原理無法實現(xiàn)局部熱流密度的測量。另外也有將溫度薄膜熱電偶傳感器直接伸入熔融流體中測量，但是由于熔融金屬流體具有溫度高、腐蝕性強等特點，此法只能間斷地獲取有限個溫度點，無法實現(xiàn)連續(xù)檢測；非接觸式測溫方式主要指紅外輻射測溫方式，盡管其可以實現(xiàn)長期連續(xù)測溫，測量過程中容易受被測物體發(fā)射率、不同濃度粉塵、水汽的影響，降低測溫精度。

3、為此，我們提出一種冶金熔融金屬混合流場的多熱工量狀態(tài)檢測方法，通過對熔融金屬熱面溫度和熱流密度的整體把控和在線準(zhǔn)確及時測量，滿足工業(yè)現(xiàn)代化高質(zhì)量生產(chǎn)的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種熔融金屬多熱工量測量方法、裝置、電子設(shè)備及存儲介質(zhì)，以解決無法進行熔融金屬熱面溫度、局部熱流瞬時檢測、無法在線連續(xù)檢測和檢測精度低的技術(shù)問題。

2、為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種熔融金屬多熱工量測量方法，所述方法包括：

4、將薄膜熱電偶傳感器安裝在熔融金屬近壁面附近，獲取薄膜熱電偶傳感器不同測溫對前節(jié)點與后節(jié)點測量數(shù)據(jù)，包括溫度測量時刻和所測溫度；

5、基于溫度測量時刻、不同測溫對前節(jié)點與后節(jié)點所測溫度，基于熱平衡方程組，選擇分段滾動擬和區(qū)間，根據(jù)統(tǒng)計方法如基于最小二乘法進行多元線性擬和計算得到相關(guān)傳熱系數(shù)；

6、根據(jù)薄膜熱電偶傳感器每組測溫對前節(jié)點與后節(jié)點i溫度信號與被測點熱工量的關(guān)系式，代入相關(guān)傳熱系數(shù)，實時獲得熔融金屬近壁面被測點位溫度和局部熱流密度信息。

7、進一步，考慮熱傳導(dǎo)以及測溫頭本身的熱慣性，所述薄膜熱電偶傳感器每組測溫頭前端測溫節(jié)點的第一熱平衡方程為：

8、

9、其中，左邊代表每組測溫頭前端節(jié)點的能量變化，m為前端節(jié)點處的質(zhì)量，c為前端節(jié)點比熱容，t是前端節(jié)點的溫度；

10、右邊兩項分別代表每組測溫頭前端節(jié)點從熔融金屬近壁面，即熱面的溫度吸收的能量φin，前端節(jié)點沿薄膜熱電偶傳感器軸向的熱傳導(dǎo)損失φout，分別為：

11、

12、其中，tb為熔融金屬近壁面溫度，t1為每組測溫頭前端節(jié)點溫度，tref為每組測溫頭后端節(jié)點測得溫度；

13、hf為熔融金屬近壁面被測點與薄膜熱電偶傳感器前端節(jié)點的綜合傳熱系數(shù)；htc為薄膜熱電偶傳感器本體的綜合傳熱系數(shù)，l為測溫對前端節(jié)點與后端節(jié)點的距離；

14、將薄膜熱電偶傳感器均布置在管內(nèi)，認為每組測溫頭前端節(jié)點接收到來自熔融金屬表面的同一熱輸入，即tb溫度相同；認為單獨每個測溫頭換熱面積a是一致的；另外，對于不同熱端測溫點，其熱傳導(dǎo)距離l相同；

15、薄膜熱電偶傳感器有k個測溫對時，第i組滿足的熱平衡方程為：

16、mi·ci·(dti/dt)＝hf·aconvi·(tb-ti)-htc·aconvi·(ti-trefi)/l，i＝1,2,3…k?(3)

17、對于上述方程組，兩兩相減，消去熔融金屬熱面溫度tb，得到方程(6)如下：

18、

19、對于第i組與j組，將他們并經(jīng)整理得：

20、

21、定義傳熱系數(shù)：

22、以上各變量中，在相鄰時間段內(nèi)，將換熱系數(shù)hf、htc質(zhì)量m、比熱容c均視為常數(shù)；對于任意時刻熔融金屬近壁面溫度tb的重構(gòu)，利用ti,trefi,tj,trefj實測溫度薄膜熱電偶傳感器數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合求解出傳熱系數(shù)；擬和時，從初始零時刻計，分段擬和區(qū)間根據(jù)采樣間隔δt和采樣點數(shù)n確定；

23、對于任意t＝tn時刻，即滿足：

24、αij|i·(dt1/dt)-αij|j(dtj/dt)+βij(ti-trefi-tj+trefj)＝tj-ti?(6)

25、改寫為矩陣形式：

26、

27、其中：t＝δt，δt為采集時間；

28、

29、上式中，δt為采樣間隔，n為分段滾動擬和區(qū)間的數(shù)據(jù)點數(shù)；通過最小二乘法方法獲得當(dāng)前時刻傳熱參數(shù)系數(shù)αij|i，αij|i和βij，公式如下所示：

30、

31、任意t＝tn時刻，方程組(6)改寫得到方程組如下：

32、

33、對于節(jié)點i，與其他k-1的節(jié)點的熱平衡方程相減；對于傳熱參數(shù)系數(shù)αiji和βij，分別有多個計算值，當(dāng)分別求出后，求平均，得到最終的傳熱系數(shù)αi，βi，如下式所示：

34、

35、將通過式(12)和式(13)獲得的αi和βi值代入測溫頭i的熱平衡方程，求解出當(dāng)前時刻測溫對相應(yīng)的被測對象表面溫度值

36、

37、局部熱流密度計算公式為：

38、

39、進一步，當(dāng)被測熔融金屬狀態(tài)穩(wěn)定時，所述傳熱系數(shù)根據(jù)經(jīng)驗值或仿真結(jié)果給出。

40、一種熔融金屬多熱工量測量裝置，該裝置包括：

41、薄膜熱電偶傳感器，根據(jù)測溫要求制備的薄膜熱電偶傳感器經(jīng)鎧裝而成，金屬鎧裝內(nèi)部填充絕緣材料，端口采用密封膠密封；所述薄膜熱電偶傳感器的基材材質(zhì)包括銅、硅、藍寶石、玻璃和聚酰亞胺；所述薄膜熱電偶傳感器包括不同測溫對，熱電材料交替變化，每一個測溫對包含兩個測溫節(jié)點，沿薄膜熱電偶傳感器的長度方向直線分布；不同測溫對具有不同的線條寬度，用以形成不同面積的測溫節(jié)點；所有測溫對的前端或后端測溫節(jié)點均與傳感器最前端距離相同；

42、計算機設(shè)備，所述計算機設(shè)備包括一個或多個處理器和存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，使得所述計算機設(shè)備實現(xiàn)以下功能：獲取傳感器不同測溫對前端節(jié)點與后端節(jié)點測量數(shù)據(jù)，包括溫度測量時刻和所測溫度；基于溫度測量時刻、不同測溫對前節(jié)點與后節(jié)點所測溫度，基于熱平衡方程組，選擇分段滾動擬和區(qū)間，根據(jù)統(tǒng)計方法如基于最小二乘法進行多元線性擬和計算得到相關(guān)傳熱系數(shù)；根據(jù)傳感器每組測溫對前節(jié)點與后節(jié)點i溫度信號與被測點熱工量的關(guān)系式，代入相關(guān)傳熱系數(shù)，實時獲得熔融金屬近壁面被測點位溫度和局部熱流密度信息；

43、計算機可讀存儲介質(zhì)，用于存儲由計算機設(shè)備處理后的熔融金屬熱工量檢測數(shù)據(jù)。

44、進一步，所述薄膜熱電偶傳感器的薄膜功能層上加設(shè)保護層，以提高傳感器服役壽命。

45、一種電子設(shè)備，包括處理器；

46、用于存儲處理器可執(zhí)行指令的存儲器；

47、其中，所述處理器被配置為用于執(zhí)行所述的熔融金屬多熱工量測量方法。

48、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序用于執(zhí)行所述的熔融金屬多熱工量測量方法的步驟。

49、一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時，執(zhí)行所述的熔融金屬多熱工量測量方法。

50、本發(fā)明的有益效果在于：薄膜熱電偶傳感器擁有響應(yīng)速度快、體積小、集成度高等優(yōu)點，通過多組有效一維傳熱通道的建立，基于傳熱模型能夠?qū)崿F(xiàn)對熔融金屬(近壁面)溫度和局部熱流的在線即時測量，能有效解決因測溫位置靠后帶來的溫度偏低和自身響應(yīng)帶來的溫度滯后，還能快速精準(zhǔn)捕捉熔融金屬局部熱流密度的變化，通過多薄膜熱電偶傳感器陣列組合便能精確實時地掌握熔融金屬熱場檢測；同時能滿足適復(fù)雜惡劣環(huán)境下的測溫需求，能自適應(yīng)實時計算出因薄膜熱電偶傳感器現(xiàn)場接觸質(zhì)量、被測目標(biāo)溫度波動、測溫頭物理性質(zhì)變化等因素帶來的相關(guān)傳熱系數(shù)波動，具有優(yōu)良的抗干擾性，而且可以進一步地將熱工量檢測數(shù)據(jù)與生產(chǎn)工藝模型結(jié)合，對熔融金屬凝固過程的工藝研究與高效率生產(chǎn)方面具有重大意義。

51、本發(fā)明的其他優(yōu)點、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書來實現(xiàn)和獲得。