專利名稱：浸入式光電快速測溫的熱輻射采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光電快速溫度測量領(lǐng)域，特別涉及一種浸入式光電快速測溫的熱輻射采集裝置。
目前，在鋼鐵和有色冶金行業(yè)中測量熱熔物(如鋼水、鐵水、鋁水、銅水)溫度用的是一次使用的熱電偶。這類測溫器需用鉑、銠等稀貴金屬，生產(chǎn)工藝復(fù)雜、制造成本高。又由于這種浸入式熱電偶測溫器需要與待測熱熔物達到熱平衡才能有可靠的測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，而這種測溫器在結(jié)構(gòu)上需將熱電偶絲套入石英管中，石英管外還有金屬護帽，熱熔物必須首先熔化金屬帽并加熱石英管，在待測熱熔物與該石英管達到熱平衡后，石英管再與熱電偶的偶頭達到熱平衡時才產(chǎn)生正確的測量數(shù)據(jù)。這一系列的熱平衡過程使得這種傳統(tǒng)的浸入式測溫器的測量速度緩慢。因此測量效率不高，而且由于對于是否達到熱平衡的時間不易掌握因此也增加了誤測率。另一方面由于測量時電偶電極與測量槍插接不良也會造成測量失敗。由于上面所述的測量失敗和誤測率高，因此其測量的可靠性較差。同時由于測量速度慢，使測量工人需要較長的時間在環(huán)境溫度很高的測量現(xiàn)場進行操作，增加工人的勞動強度。熱電偶是金屬材質(zhì)的傳感器，容易受到電磁干擾，而其使用的環(huán)境大多具有很強的電磁干擾源，這也是這類熱電偶測溫器工作不可靠的因素之一。
本實用新型的目的是提供一種浸入式光電快速測量熱熔物內(nèi)部溫度的熱輻射采集裝置，這種裝置不需使用鉑銠等稀貴金屬，生產(chǎn)工藝簡單、制造成本低，不需要熱平衡過程，便于實現(xiàn)快速的高精度測溫，并且該裝置具有較強的抗電磁干擾能力，可靠性高。
本實用新型的裝置大致為一管狀的結(jié)構(gòu)，其管的一端設(shè)置一透光元件，而管的另一端用來與一個設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件的光電測溫槍的一端的槍頭同軸套接。
所述的透光元件采用扁平的透光材料制成，此透光材料應(yīng)是無氣泡、元散射顆粒、無裂痕、透光性好的耐高溫材料。該透光元件的兩個透光面要求光平、無劃痕缺陷。
所述的透光元件還可以是一種透明桿狀物。這種透明桿狀物的透光性能，材質(zhì)的均勻程度及端面的光平質(zhì)量要求均要比上述扁平式的透光元件的要求高。這時泥頭中心孔也要相應(yīng)改變，使其與該透明桿狀物相匹配。
上述的透明桿狀物也可以采用一段適當規(guī)格的光纖。光纖的質(zhì)地和透光性均是符合要求的，只是端面需要進行適當?shù)奶幚怼?br> 所述的透光元件的端面附近需要設(shè)置一遮光元件，在未進行測量時，此遮光元件擋住環(huán)境光，以避免環(huán)境光造成的干擾。當進行測量時，此遮光元件被打開通光。
上述的遮光元件可以用一個遮光膜來實現(xiàn)。此遮光膜貼于透光元件的外端面，它是一種不透光的接觸熱熔物可立即熔化消失的遮光元件。在未進行測量時，此遮光膜擋住環(huán)境光，當進行測量時，此遮光膜與熱熔物接觸而消失，使熱熔物的熱輻射立即被透光元件所采集。
在本實用新型的軸向上，離透光元件內(nèi)側(cè)表面一定距離的地方設(shè)置—光欄孔，通過光欄孔可對熱輻射進行二次采集，即若通過透光元件的熱輻射量為M0，則經(jīng)該光欄孔二次采集的熱輻射量為M＝BM0，B為小于1的比例常數(shù)。實施熱輻射的二次采集可以提高測量的準確度，增大本實用新型的加工公差的寬容度。
上述的光欄孔是位于光欄中心的一個銳邊小孔，該光欄裝置在光電測溫槍的一端的槍頭上，且該光欄孔的中心在光電測溫槍的光軸上。
本實用新型的透光元件安裝在一套管的泥頭上，該泥頭用耐火材料燒制，并用膠套粘在該套管的一端。
上述套管的主體可以是紙質(zhì)的，也可以是其它導(dǎo)熱性差的材料。
由于采用上述方案，使浸入式測溫器的制作工藝大大簡化，成本降低，而且測溫過程不需經(jīng)過傳感器與待測熱熔物的熱平衡，直接以光作為信息載體，所以測量速度比熱電偶方式快得多提高了測量精度，并縮短工人在爐前持槍操作的時間，減輕了勞動強度。以光作為信息載體也能提高對環(huán)境電磁干擾的抵抗能力，提高測量的可靠性。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。


圖1是應(yīng)用本實用新型的熱輻射采集裝置的系統(tǒng)組成示意圖圖2是本實用新型的熱輻射采集裝置與光電測溫槍組合的一種實施例的縱剖面圖圖3是圖2的P-P剖視圖圖4是本實用新型的另一種熱輻射采集裝置的施例縱剖面圖圖5是圖4的N-N剖視圖圖6是圖2的光電測溫槍的局部放大剖面圖圖7是信號數(shù)據(jù)處理裝置框圖圖8是信號數(shù)據(jù)處理裝置的一種實施例示意圖。
圖中，1、熱輻射采集裝置2、光電測溫槍3、信號數(shù)據(jù)處理裝置4、熱熔物5、電纜11、透光元件12、泥頭13、紙管14、泥頭通光孔15、遮光膜21、光欄22、光欄孔23、槍頭24、槍管25、光電轉(zhuǎn)換元件26、光敏面27、環(huán)境溫度傳感器28、測量啟動開關(guān)29、測量指示燈210、前置電路211、支承套212、槍身213、電導(dǎo)線214、航空插頭215、手把圖1是應(yīng)用本實用新型的熱輻射采集裝置1的示意圖。在測量時，本實用新型的帶有透光元件的熱輻射采集裝置1套裝在光電測溫槍2上，用光電測溫槍2將該熱輻射采集裝置1插入待測熱熔物4中，熱輻射采集裝置1采集到的熱輻射由光電測溫槍2上的光電轉(zhuǎn)換部件25轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)電纜5傳入信號數(shù)據(jù)處理裝置3，進行處理后顯示出該熱熔物4的溫度。在一般情況下，熱輻射采集裝置1為一次性使用的，而光電測溫槍2則是長期反復(fù)使用的。
本實用新型的熱輻射采集裝置1與光電測溫槍2的一種組合實施例的縱剖面圖如圖2所示。在這個實施例中，該熱輻射采集裝置為一管狀結(jié)構(gòu)，此管狀結(jié)構(gòu)裝置的主體為一套管，此套管3用紙或其它導(dǎo)熱性低的材料制造，在本實施例中，該套管為一紙管13，該紙管13的一端設(shè)置一透光元件11，而紙管13的另一端用來與一個設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件25的光電測量槍2的一端的槍頭23同軸套接。所述的透光元件11采用無氣泡、無散射顆粒、無裂痕、透光性好、質(zhì)地均勻的材料制成，該透光元件11的兩個透光面要求光平、無劃痕缺陷。在本實施例中，遮光元件采用的是一個遮光膜15，它貼于透光元件11的外側(cè)，用一種接觸熱熔物可立即熔化的不透光材料制成，它的作用是在本實用新型的熱輻射采集裝置1進入熱熔物之前擋住環(huán)境光，免除光干擾。而當熱輻射采集裝置1進入到熱熔物4中但未到達測量位置前該遮光膜15已經(jīng)熔化消失，使熱熔物4直接與透光元件11的透光面接觸，在熱輻射采集裝置1到達測量位置時，代表熱熔物4的溫度的熱輻射以光速射向光電測溫槍2該遮光膜11也可以用任意一種光開關(guān)來代替，但設(shè)置的位置應(yīng)在透光元件11至光電轉(zhuǎn)換元件25的光敏面26之間的中心軸上。透光元件11嵌裝在泥頭12上，泥頭12是用耐火材料燒制的，其軸向中部有泥頭通光孔14，泥頭12軸向插入透光元件11還可采用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知識范圍內(nèi)的其它措施以類似的方式安裝在熱輻射采集裝置1上。紙管13并用膠粘接，紙管13的長度依測量現(xiàn)場的需要確定，并應(yīng)有足夠的強度，以保證在測量過程中不被折損。
圖3是圖2的P-P剖視圖，它表明，本實用新型的熱輻射采集裝置1與光電測溫槍2是同軸套裝的，以保證熱輻射采集裝置1上的泥頭通光孔14的中心與光電轉(zhuǎn)換元件25的光敏面26的中心同出于紙管13及槍管24的軸線上以便使所采集的熱輻射被準確的轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號供信號數(shù)據(jù)處理裝置3進行處理。
圖4表示本實用新型的關(guān)于熱輻射采集裝置1的另一個實施例，它與圖2表示的熱輻射采集裝置1的實施例不同之處在于，透光元件采用透明桿狀物或光纖，即用透明桿狀物或光纖代替扁平透光元件11，該透明桿狀物的透光性，材質(zhì)的光學(xué)均勻程度及端面的光平質(zhì)量要求均要高于所述的扁平式透光元件11。若采用光纖，端面需要進行適當?shù)奶幚?。這時泥頭12也要相應(yīng)改變，使之與桿狀透光元件相匹配。
在圖2表示的實施例中，光電測溫槍主要由光欄21、槍頭23、光電轉(zhuǎn)換元件25組成。光欄孔22被設(shè)置在光電測溫槍的槍頭23上，在另外的實施例中光欄孔22也可用其它方式設(shè)置在透光元件11內(nèi)表面與光敏面26之間的中央光軸上的其它位置，在本實施例中，光欄孔22被設(shè)置光欄21的中心與光電轉(zhuǎn)換元件25的光敏面26的中心同軸。光欄孔22的直徑小于泥頭通光孔14的直徑，并在測量中與透光元件11保持一定距離，以便實施熱輻射的二次采集。光欄21嵌裝在槍頭23上，槍頭23軸向套裝在槍管24的一端上，槍管24的另一端與支承套211軸向套裝。槍頭23及支承套211與槍管24的連接可以用螺釘連接，也可以焊接連接。支承套211的內(nèi)腔設(shè)有光電轉(zhuǎn)換部件25，環(huán)境溫度傳感器27，測量啟動開關(guān)28，測量指示燈29，前置電路210，支承套211的尾端與槍身212連結(jié)，其連接方式可以螺釘連接，也可以是焊接連接。槍身212的尾部裝有手把215，便于測量時握持操作。手把215與槍身212用焊接連接。槍身212的尾端還裝有航空插座214，該航空插座214與前置電路210用多股電導(dǎo)線213電氣連接。一端帶有與航空插座214相匹配的航空插頭的電纜5通過航空插座214將光電測溫槍2與信號數(shù)據(jù)處理裝置3連接起來。于是本實用新型的熱輻射采集裝置1熱輻射轉(zhuǎn)換信號及有關(guān)的控制信號即可從該航空插頭的電纜5傳至信號數(shù)據(jù)處理裝置3進行處理。
用圖2所示的實施例進行測量時熱輻射采集裝置1與光電測溫槍2應(yīng)同軸套裝，在熱輻射采集裝置開始插入熱熔物4尚未達到測量位置之前，遮光膜15已經(jīng)受熱消失，在熱輻射采集裝置到達測量位置時，熱熔物4已與透光元件11完全接觸，熱熔物4的熱輻射立即透過透光元件11的表面經(jīng)泥頭12的通光孔14沿紙管13的軸射向光電測溫槍2的光欄21，設(shè)此熱輻射量為M0。按照熱輻射的二次采集法，光欄21上的光欄孔22截取M0中的一部分熱輻射M＝BM0沿光電測溫槍的軸射到光電轉(zhuǎn)換元件25轉(zhuǎn)換成電信號E，該電信號E用電纜5傳至本實用新型的信號數(shù)據(jù)處理裝置3中。
圖6是本實用新型的光電測溫槍2的局部放大圖，從圖中可以看到，測量啟動開關(guān)28位于支承套211與紙管13的界面處在熱輻射采集裝置1未套入光電測溫槍2時，測量啟動開關(guān)28未被啟動，這時信號數(shù)據(jù)處理裝置3處于非測量狀態(tài)，顯示器被清零測量指示燈不亮，當熱輻射采集裝置1套入光電測溫槍2，并使其紙管13的末端與支承套211的界面接觸時，測量啟動開關(guān)28被啟動，于是信號數(shù)據(jù)處理裝置3進入測量狀態(tài)，測量指示燈29亮，顯示器顯示測量溫度的最高值。這里的測量啟動開關(guān)28可以用微型復(fù)位按鈕開關(guān)，也可以用非機械式的光電開關(guān)或電容開關(guān)。設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換元件25近旁的環(huán)境溫度傳感器27可以用熱敏電阻，半導(dǎo)體溫敏元件等任意一種器件，要求其體積很小以便于安置。本實施例中，光敏元件21、測量啟動開關(guān)28、測量指示燈29以及環(huán)境溫度傳感器27均與前置電路210電器連接。前置電路210用來對光電轉(zhuǎn)換的電信號進行預(yù)處理，并將經(jīng)其處理的電信號經(jīng)過電導(dǎo)線213及航空插座214及電纜5傳至信號數(shù)據(jù)處理裝置與進行處理。前置電路210還對環(huán)境溫度傳感器27，測量啟動開關(guān)28及測量指示燈29實施信號預(yù)處理，控制其工作狀態(tài)等。
本實用新型的信號數(shù)據(jù)處理裝置3由前置放大器，模數(shù)變換器，CPU和顯示器等四部分組成，其組成框圖如圖7所示。從光電轉(zhuǎn)換元件25來的熱輻射轉(zhuǎn)換電信號E和環(huán)境溫度傳感器27來的電信號Ec經(jīng)前置放大器放大后再經(jīng)模數(shù)變換送入CPU進行處理，經(jīng)CPU處理得到的溫度值由顯示器顯示出來。
圖8是本實用新型的信號數(shù)據(jù)處理裝置的一種實施例。圖中E是光電轉(zhuǎn)換元件25送來的電信號，Ec是環(huán)境溫度傳感器27送來的電信號，它們分別由運算放大器U1和U2放大，U1和U2可以采用LM358或其它高精度的運算放大器芯片。被U1放大的光電信號E，經(jīng)用作偏差較正的電位器U3分壓后輸入模數(shù)變換器U4。U4可以采用ADC0809或其它高精度的模數(shù)變換器芯片。被U2放大的環(huán)境溫度信號Ec也同時輸入U4，由中央處理器U5(CPU)分時控制這兩路輸入信號的模數(shù)變換。U6是只讀式程序儲存器，通常用EPROM27256芯片，用來存儲預(yù)先標定的光電轉(zhuǎn)換信號E與熱熔物溫度T的函數(shù)關(guān)系，儲存預(yù)先標定的環(huán)境溫度信號Ec與光電轉(zhuǎn)換信號E的環(huán)境溫度漂移ΔE的函數(shù)關(guān)系，以及存儲有關(guān)的控制和計算程序。本實施例的CPU可以采用MCS-51系列的單片微處理器(如8031，8032)，也可以采用MCS-96系列的單片微處理器(如8094，8095)。CPU將從U4中取得的信號數(shù)據(jù)與從U6中預(yù)先存儲的標定函數(shù)進行比較計算，并補償環(huán)境溫度漂移值后送U7進行顯示。U7是LED數(shù)字顯示器的寄存譯碼器，可以采用MC14499或其它有同類功能的芯片，U7輸出的控制信號經(jīng)驅(qū)動器U8對數(shù)字顯示器U9驅(qū)動控制，使其顯示出當前測量到的準確溫度值。U8可以采用7406或7407芯片，U9是七段LED數(shù)字顯示器。
權(quán)利要求1.浸入式光電快速測溫的熱輻射采集裝置，其特征是，該裝置大致為一管狀的結(jié)構(gòu)1，其管的一端設(shè)置一透光元件11，而管的另一端用來與一個設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件25的光電測溫槍2一端的槍頭23同軸套接。
2.如權(quán)利要求1所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的透光元件11是一種表面光平、質(zhì)地均勻、透光性好的扁平式透光元件。
3.如權(quán)利要求1所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的透光元件11是一種端面光平，質(zhì)地均勻的透明桿狀物。
4.如權(quán)利要求3所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的透明桿狀物是用光纖制成。
5.如權(quán)利要求2至4之一所述的熱輻射采集裝置，其特征是，在采集熱輻射的光路上設(shè)有測量時可被打開而透光的遮光元件。
6.如權(quán)利要求5所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的遮光元件是一種貼在透光元件11的外端面的遮光膜15，該遮光膜15不透光且接觸熱熔物可立即熔化消失。
7.如權(quán)利要求1所述的熱輻射采集裝置，其特征是，在該采集裝置的軸線上，離透光元件11內(nèi)側(cè)表面一定距離的地方設(shè)置一光欄孔22。用于對熱輻射進行二次采集，即若通過透光元件11的總的熱輻射采集量為M0，則經(jīng)二次采集的熱輻射量為M＝BM0B為小于1的比例常數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的熱輻射采集裝置，其特征是所述的光欄孔22裝置在光電測溫槍2的一端的槍頭23上，且該光欄孔22的中心在光電測溫槍2的光軸上。
9.如權(quán)利要求1所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的透光元件11通過一管套13的泥頭12而安裝在套管13的一端。
10.如權(quán)利要求1所述的熱輻射采集裝置，其特征是，所述的管狀結(jié)構(gòu)1的套管13為紙質(zhì)的。
專利摘要一種浸入式光電快速測溫的熱輻射采集裝置，大致為一管狀的結(jié)構(gòu)，其管的一端設(shè)置透光元件，另一端用來與一個設(shè)有光電轉(zhuǎn)換元件的光電測溫槍的一端的槍頭同軸套接，實行熱輻射的二次采集，此裝置具有速度快，精度高，生產(chǎn)工藝簡單，造價低，抗電磁干擾能力強，準確可靠等優(yōu)點，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浸入式一次性使用熱電偶，廣泛使用于鋼鐵和有色冶金行業(yè)，測量鋼水，鐵水，銅水、鋁水等的溫度。
文檔編號G01J5/10GK2257604SQ9621245
公開日1997年7月9日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者肖昱 申請人:肖昱