浅谈高温成像比色计测温装置的研发及发展趋势

费建军 苏建平

(天津市电视技术研究所有限公司,天津 300040)

0 引言

炉膛燃烧、物料受热温度和辐射能分布是人们在高温窑炉设计和设备运行控制中极为关心的重要参数,但长期以来热电偶或比色高温计测温局限性较大,如果能再建炉膛温度场的分布,那么对炉体设计、生产、评估炉膛的实际运行效率意义重大。然而,实时测量相对空间较大的高温窑炉炉膛温度分布是不可能的,只有借助间接的方法重建炉膛温度场,实现炉膛监测的可视化。借助炉体观测视窗,在炉体上方安装本套内置比色式高温工业电视就可以通过计算机显示炉体内热辐射过程图像,并得到炉膛温度场分布。该装置操作简单、界面简洁,能够给出炉体温度场分布、尺寸、加工工艺等信息,可用于在线监控和反馈控制。

高温成像比色计测温装置,将涉及软件、机械、电子、计算机、通讯、光学等多种学科。

1 高温成像比色计测温装置的研发概述

1.1 高温成像比色计测温装置的研发的指导思想

(1)坚持高起点,保证系统的先进性和在同行业的领先地位。(2)贯彻“实用、可靠、先进、经济”的八字方针,以应用为导向进行设计。(3)从实际情况出发,以需求为依据,总体规划、分步实施,确保产品经济、稳定可靠。(4)系统充分考虑功能扩容性和技术升级性,适应当代生产环境的不断变化。

1.2 高温成像比色计测温装置的研发意义

通过目标市场分析,国内市场上尚无功能如此强大的产品,而客户的需求度又与日俱增,现有高温视频成像技术、红外测温技术、图像处理技术等功能应用独立性强,不能相互结合,导致客户必须分别安装使用,各成系统。高温工业电视在冷却方式、传动方式、炉壁保护、自动保护、图像显示、测温准确性等技术性能上均优于市场同类产品[1]。本系统适用于水泥窑炉、冶金加热炉、玻璃池炉、铝业回转窑等有高温窑炉生产作业企业,对进一步增加高温工业电视的覆盖领域,更深层次地增强高温工业电视与生产工艺的紧密结合,不断提高高温工业电视的市场应用率必将产生重要的现实意义和较大的长远意义。

图1 高温比色计测温系统Fig.1 High temperature colorimeter temperature measurement system

图2 高温成像比色计Fig.2 High temperature imaging colorimeter

2 高温成像比色计测温装置的发展趋势

2.1 经济效益和社会效益

从技术层面来看,对本项技术进行研究并开发出成型的产品,节约能源与保证窑炉的安全运行有着重要的意义。同时,随着该项技术与产品的成熟必将有效改善目前控制中的纯延迟、大滞后特性,从而进一步提高运行效率和成品合格率。所以该项技术必将会产生较大的社会和经济效益。

从市场层面上来看,本产品具有较强的实用性和较广泛的应用性,可适用于煤炭地下气化炉。本产品具有较高的性能价格比,必将为用户提高生产的自动化水平、降低生产的运行成本、提高产品质量和降低废品率发挥较大的作用。所以本产品投入市场后也必将为各行业、企业带来较大的经济效益和社会效益[2]。

2.2 对节能和高效生产产生积极的影响

随着新技术、新工艺被应用到工业监控中,使最初功能单一的电视监控发展到目前功能完备、技术先进的特种工业电视。由于工业现场不同于普通现场,本产品在充分考虑特殊场合防护措施外,在选用设备器材时也充分考虑了优良的品质和性能价格比,尽最大可能满足现场使用要求并达到最佳效果及长期使用的稳定性和可靠性,具有很大的实用性和广泛的应用前景。因此,高温窑炉的安全、经济运行,对企业、对环境、对人身安全都有着十分重要的作用。本项目可为生产过程提供必要的实时数据和控制参量,进而对生产的安全、经济运行起到重要的作用,也必将对节能和高效生产产生积极的影响。

3 高温成像比色计测温装置的应用分析

高温成像比色计装置是结合高级的视频摄像功能与灵活的红外测温特性于一体的一种设备,视频信号在处理器内部被数字化并且叠加一些图形元素(像定义测量区域和温度显示的光标)[3]。最终的图像可在彩色计算机显示器上看到。由该装置获得的图像质量是相当好的,清晰度也极高。用户既可以看到炉体的温度也能得到炉内火焰、物料区域的一幅清晰画面。图像的不同视频控制能在控制室内通过连接到处理器的鼠标完成。这种功能允许操作者不需接触摄像机就可根据工艺特点方便地对图像质量进行优化调整。屏幕菜单则是提供给操作者的另一友好界面。

3.1 高温成像比色计测温装置存在的重要性

(1)图像监测不与炉体及其周边被测介质直接接触。(2)CCD摄像探头在高温窑炉1800℃以内的准确取像,图像还原。(3)镜头焦距的合理选择,偏振片的选择。(4)基准标定(黑体炉)以及CCD歧变修正、比色高温计校正。(5)传统测温算法的结合与优化。(6)传统测距算法的结合与优化。(7)火焰、物料色温分析、光谱分析。

3.2 高温成像比色计测温装置的设计原则

(1)可行性和适用性。系统保证技术上的可行性和最优的性能价格比。(2)实用性。系统贯彻面向应用,注重实效的方针,坚持实用的原则。(3)先进性和成熟性。系统设计既采用先进的理念、技术和方法,由注意结构、设备的相对成熟。不但能反映当今的先进水平,而且具有发展的潜力,能保证在未来若干年内占主导地位。(4)开放性和标准性。本产品使用方便,仅需提供交流220V电源。适用于各种粉尘密度高,温度高的恶劣环境,应用范围广泛。(5)可靠性和稳定性。在考虑先进性和开放性的同时,设计从产品结构、技术措施、设备性能等着手,确保产品运行的可靠性和稳定性[4]。

3.3 高温成像比色计测温装置的发展前景

高温成像比色计测温装置的应用范围非常广泛,高温成像比色计测温装置还可以建立一套完整的管理规划。了解高温成像比色计测温装置的研发及发展趋势,分析高温成像比色计测温装置在运用中的未来发展方向,对于当今做好科学规划,制定长远发展战略都有一定的现实意义[5]。

为了适应环境变化的要求,高温成像比色计测温装置充分考虑以最简便的方法、最低的投资,实现产品的扩展和维护。随着信息化思潮逐渐运用于城市建设领域,我国许多城市也先后引入了高温成像比色计测温装置。