一种炉膛工件表面测温装置和测温方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程检测技术领域的炉膛测温装置和测温方法，具体地说涉及一种炉膛工件表面测温装置和测温方法。
【背景技术】
[0002]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炉膛内被加热工件表面温度分布的测量问题。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，无法监测炉膛内被加热工件(如炉管、管架等内件)整体受热状况。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，无法实现炉内管壁温的可靠检测。近年来红外热成像测温技术的快速发展，人们尝试使用非接触的红外测温方法(如红外光电高温计)和热成像法(红外热像仪)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，也仅仅局限于从炉子看火孔外观测，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。但是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、水蒸气辐射所笼罩。使用这种非接触红外测温仪测量环境的随机误差非常大，且无法用固定的方式修正。近年来随着红外光电技术的快速发展，有通过高温内窥镜观测炉内火焰的看火电视的实例，但也仅仅局限于定位观察火焰情况，不能灵活观测炉内各个方位的加热工件的受热状况，也不能进行大范围红外测温，而且这样的系统同样存在上述的测量误差太大的缺点。
[0003]《南京化工大学学报》(第21卷第6期，1999年11月)刊登的“工业炉管温度的红外成像测试方法”和《红外技术》(第23卷第2期，2001年3月)刊登的“工业炉管温度的红外成像测试方法”两篇论文分别叙述了通过看火观测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。此方法没有潜望式红外透镜组，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。没有红外观测内窥镜伸入炉膛内，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。
[0004]专利CN201607278U公开了一种“炉管在线热像表面温度测量装置”，该专利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。该专利公开的装置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工件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，由于该装置没有设置接触式点温计对红外热像测温进行误差校正，这种测量装置同样测温误差很大。
【发明内容】
[0005]为了克服以上接触式测温和固定式非接触热像测温的缺点，本发明提供了一种炉膛工件表面测温装置和测温方法。采用本发明的测温装置和测温方法可以对多种形式的直火式炉膛内炉墙、工件(如炉管)管壁实施检测，也可以实现对炉膛内工件(如炉管)表面温度场的大范围宽视角热成像测量。
[0006]本发明提供的一种炉膛工件表面测温装置主要由内窥镜测温探头、循环冷却系统、热成像系统、终端热像处理系统和支撑调节系统组成；热成像系统一端与内窥镜测温探头相连，另一端与终端热像处理系统相连，热成像系统安装固定于支撑调节系统上；内窥镜测温探头上设有循环水入口和循环水出口，循环冷却系统通过管路分别于与内窥镜测温探头的循环水入口和循环水出口相连通。
[0007]所述的内窥镜测温探头主要由火焰滤光片、内窥透镜组、透镜组保护套管、水冷内套管和水冷外套管组成；；火焰滤光片和内窥透镜组安装于透镜组保护套管内，沿透镜组保护套管的轴线方向由最右端向左依次设置；透镜组保护套管、水冷内套管和水冷外套管三个套管管径依次增大，长度依次变短，呈水平同心环嵌套布置，三管组成同心环管；同心环管的左端按透镜组保护套管、水冷内套管和水冷外套管的顺序依次向右缩进，透镜组保护套管的左端位于最左侧，水冷外套管的左端位于最右侧，三管彼此间通过外层管子的左端部与内层管子的外壁相焊接形成密封连接；同心环管的右端按透镜组保护套管、水冷外套管和水冷内套管的顺序依次向左缩进，透镜组保护套管的右端位于最右侧，水冷内套管的右端位于最左侧，三管彼此间通过位于同心环管右端的套管封头密封连接；
[0008]透镜组保护套管外壁和水冷内套管内壁之间形成内层环形空间，水冷内套管外壁和水冷外套管内壁之间形成外层环形空间，内层环形空间和外层环形空间通过设在水冷内套管右端沿圆周均匀分布的一圈导流孔相连通；在水冷内套管左端的管壁上设有循环水入口，在水冷外套管左端的管壁上设有循环水出口，循环水入口、内层环形空间、外形环形空间和循环水出口依次连通构成内窥镜测温探头的冷却水路。内窥镜测温探头主要用于接收炉膛内被加热工件发出的红外辐射并将其传输至热成像系统，冷却水路主要用于给内窥镜测温探头降温，以保护内窥透镜组免受炉膛高温烘烤，使其工作于适当的温度范围内。
[0009]所述的循环冷却系统主要由进水管、循环水制冷器、加压泵和出水管组成，进水管与内窥镜测温探头冷却水路的循环水出口相连通，出水管与内窥镜测温探头冷却水路的循环水入口相连通。循环冷却系统主要用于冷却循环水，为内窥镜测温探头提供保护。
[0010]所述热成像系统主要由红外热成像传感器和红外热像处理系统组成。热成像系统主要用于接收内窥镜测温探头传输来的红外辐射并将红外辐射场能转换成对应被测工件表面温度场的红外热图像信号，然后将红外热图像信号传输至终端热像处理系统。
[0011]所述的终端热像处理系统主要由红外测温热像处理机和监视显示设备组成。
[0012]终端热像处理系统具有红外测温误差修正功能，通过调整通道修正系数可使相同测点的红外测温数值逼近测温基准数据(接触式点温计测得的温度数值)，从而可以利用调整后的通道修正系数对测得的整个工件(如炉管)表面红外热成像温度场进行整体校正，以此消除非接触式的红外测温与接触式测温之间的误差，即红外测温误差。
[0013]终端热像处理系统主要用于接收热成像系统传输来的红外热图像信号并将其转换成与被测工件壁温温度分布对应的温度场热像图，并进一步显示和记录保存。
[0014]所述的支撑调节系统主要由可调节支撑的三脚架和内窥镜转角调节机构组成。支撑调节机构主要用于内窥镜测温探头的上下左右各方向的调节，使探头与被测目标的对准更准确、全面。
[0015]本发明的炉膛工件表面测温装置具有如下优点:
[0016]I)与固定式炉膛工业热电视系统相比，在应用灵活性和观测视场方面具有灵活机动的突出优势，可以通过多个看火孔对直火式工业炉内进行全方位观测，并能对炉内工件、炉膛内壁温度场进行宽视场角、大范围热成像。也可灵活利