高線紅外測溫的影響因素及解決措施研究

許 濤

（深圳市友衡科技有限公司，廣東 深圳 518055）

對于高速線材生產工藝來說，軋制溫度這一參數尤為關鍵，直接關乎產品品質，縱然紅外測溫技術優勢顯著，但也不可避免的會受到多種因素的干擾而降低測溫精準度，這就要求分析高線紅外測溫的影響因素，并采取措施加以解決，以期盡可能的減少溫度測量誤差。

1 紅外測溫儀概述

紅外測溫儀是以物體的紅外輻射能量值完成表面溫度測量與計算的，其最大優勢在于無需接觸被測物即可實現溫度測量，因此對于不易接近或者持續運動的高線生產線可選擇紅外測溫儀進行測溫。具體而言，紅外測溫儀可接收被測物體發向空間波段處于0.76～1000 的紅外線，經內部光學系統處理匯集紅外輻射能量于探測器，轉換為電信號后經放大器、信號處理電路、線性處理等一系列操作后將被測物的溫度值呈現在終端。但在使用期間容易受到多種因素的干擾而降低測量精準度，故有必要加以分析和探討。

2 高線紅外測溫的影響因素

2.1 線材發射率不盡相同

所謂發射率是指物體自身發射紅外能量能力的大小，一般處于0～100%之間，其中黑體被認為是最理想的輻射源，具有1.0 的發射率，而鏡子只有0.1 左右的發射率。但在高速線材生產中，因線材的不同導致發射率差異較大，正是因為其難以確定致使基于紅外測量技術的溫度測量結果與真實溫度誤差較大。加之線材不屬于理想輻射體，且處于運動狀態，無論是修正發射率參數還是確定其發射率的具體數值均有著較大的難度，故合理確定線材發射率是紅外測溫的基礎和關鍵。

2.2 測溫頭與被測物的距離

分析紅外測溫頭光路圖可以發現，測溫頭與被測物之間的實際距離在很大程度上決定著測量點的直徑，而測量點的大小又關乎90%的輻射能量，因此要想保證高線紅外測溫數據的真實性與可靠度，還應把握測溫頭與被測軋件之間的距離。通常這一距離的起點為測溫頭前部邊緣，而測溫頭與被測物的最大距離取決于紅外測溫儀的光學分辨率和被測物大小，為降低測量誤差，應科學控制兩者之間的距離大小。

2.3 氧化鐵皮與環境因素

要想提高高線紅外測溫的精確度，還需克服氧化鐵皮對紅外測溫的干擾，由于氧化鐵皮的存在導致線材局部表面發射率參差不齊，從而使溫度測量值波動變化，增加了軋鋼自動化控制的難度。同時復雜惡劣的現場環境，對高線紅外測溫結果也有一定的影響，最常見的當屬水蒸氣、煙霧等因素，紅外測溫儀器長期在如此條件下運行，很容易因高溫、受潮、振動等引發元件性能下降或損壞，所以這一點也是不容忽視的。

3 高線紅外測溫影響因素的解決措施

3.1 重視并合理確定發射率

由于發射率值的確定是高線紅外測溫的關鍵所在，因此要在掌握高速線材發射率值的前提下，配以適當的調整方法選擇相對合理的發射率，不過線材的發射率不僅與材料類型、理化結構、材料厚度、表面粗糙度等有關，還取決于測量角度、透射率、光譜測量范圍、周圍環境等多種因素，故需要予以綜合權衡和考量。

在確定發射率的實際過程中，應該對所用線材的發射率有所了解。假設被測物溫度在環境溫度之上，若是發射率選值過高，往往會導致紅外測溫結果低于實際值，反之則可能因耐火材料、加熱系統、火焰等背景物紅外輻射的影響降低溫度測量準度，因此要在紅外測溫儀安裝環節消除這一風險，最好保證探頭避開具有反射性的紅外輻射源。如果溫度測量值高達380 ℃，可在被測物上放置特殊的塑料片予以完全覆蓋，以此調整發射率至0.95，隨后先后測量塑料片與周圍環境的溫度，調節發射率使顯示值和塑料片的溫度一致。也可以在黑顏料（發射率為0.98）的作用下涂平一部分的被測物體表面，然后調整高線紅外測溫儀發射率至0.98，隨后先后測量該部分與相鄰邊緣的溫度值，并調節發射率顯示值與上述溫度一致。但以上處理方法的使用，要求被測物體溫度必須不同于環境溫度。

3.2 保持測溫頭與被測物距離合適

為減小由測溫頭與被測物距離設置引發的溫度測量誤差，建議高線紅外測溫儀光學視場被被測物完全填滿，同時提高設備物體距離與被測光點大小之間的比值，以獲得更好的設備分辨率，方便即使處于更遠的距離也可對更小光點的溫度進行測量。同時鑒于準確度的重要性，還要目標尺寸大于2 倍的光點尺寸，配以正確的測溫距離系數，確保高線紅外測量距離合適，測溫效果理想。

3.3 盡量消除氧化鐵皮和環境的影響

氧化鐵皮因素的控制通常需要根據實際情況選擇合適的溫度測量頭，如對于加熱爐出錕道的紅鋼，考慮到此時的紅鋼具有較大的熱容量且內外溫度基本一致，故建議在其出爐數秒后利用單色測量頭進行測溫，此時氧化鐵皮對紅外測溫的干擾較小。對于軋制過程中的紅鋼，因有較長的時間與空氣接觸，致使氧化鐵皮生成較多，會嚴重影響紅外測溫，因此最好在選用雙色測量頭的同時，盡量將其安裝于較遠位置，并考慮到測量頭與被測物之間的角度，而且由于氧化鐵皮低于90%的被測面，軋制過程處于連續運動狀態，只需借助計算機計算出該段時間內的最高點即可。而對于環境因素的控制，則要充分考慮水霧與煙霧的影響，若無特殊要求盡量選用雙色測量頭，以降低兩者對溫度測量精度的干擾，并予以規范安裝和使用維護。對于振動、噪聲、電磁場等的不良影響，可設置保護外殼或者利用水冷對傳感器加以保護，若實在無法規避，則要增設窺鏡管于測量頭之上，經壓縮空氣吹除灰塵清掃測量通道，以此進一步提高高線紅外測溫的準度與精度。

4 結 語

總之，高線紅外測溫的影響因素較多，對溫度測量結果有不同影響，當務之急是采取有效措施解決發射率、測量距離、氧化鐵皮及環境等因素的影響，才能提高紅外測溫精度，為產品質量的保證提供保障。