淺談高溫成像比色計(jì)測溫裝置的研發(fā)及發(fā)展趨勢

費(fèi)建軍 蘇建平

(天津市電視技術(shù)研究所有限公司,天津 300040)

0 引言

爐膛燃燒、物料受熱溫度和輻射能分布是人們在高溫窯爐設(shè)計(jì)和設(shè)備運(yùn)行控制中極為關(guān)心的重要參數(shù),但長期以來熱電偶或比色高溫計(jì)測溫局限性較大,如果能再建爐膛溫度場的分布,那么對爐體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、評估爐膛的實(shí)際運(yùn)行效率意義重大。然而,實(shí)時(shí)測量相對空間較大的高溫窯爐爐膛溫度分布是不可能的,只有借助間接的方法重建爐膛溫度場,實(shí)現(xiàn)爐膛監(jiān)測的可視化。借助爐體觀測視窗,在爐體上方安裝本套內(nèi)置比色式高溫工業(yè)電視就可以通過計(jì)算機(jī)顯示爐體內(nèi)熱輻射過程圖像,并得到爐膛溫度場分布。該裝置操作簡單、界面簡潔,能夠給出爐體溫度場分布、尺寸、加工工藝等信息,可用于在線監(jiān)控和反饋控制。

高溫成像比色計(jì)測溫裝置,將涉及軟件、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通訊、光學(xué)等多種學(xué)科。

1 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的研發(fā)概述

1.1 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的研發(fā)的指導(dǎo)思想

(1)堅(jiān)持高起點(diǎn),保證系統(tǒng)的先進(jìn)性和在同行業(yè)的領(lǐng)先地位。(2)貫徹“實(shí)用、可靠、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)”的八字方針,以應(yīng)用為導(dǎo)向進(jìn)行設(shè)計(jì)。(3)從實(shí)際情況出發(fā),以需求為依據(jù),總體規(guī)劃、分步實(shí)施,確保產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠。(4)系統(tǒng)充分考慮功能擴(kuò)容性和技術(shù)升級性,適應(yīng)當(dāng)代生產(chǎn)環(huán)境的不斷變化。

1.2 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的研發(fā)意義

通過目標(biāo)市場分析,國內(nèi)市場上尚無功能如此強(qiáng)大的產(chǎn)品,而客戶的需求度又與日俱增,現(xiàn)有高溫視頻成像技術(shù)、紅外測溫技術(shù)、圖像處理技術(shù)等功能應(yīng)用獨(dú)立性強(qiáng),不能相互結(jié)合,導(dǎo)致客戶必須分別安裝使用,各成系統(tǒng)。高溫工業(yè)電視在冷卻方式、傳動方式、爐壁保護(hù)、自動保護(hù)、圖像顯示、測溫準(zhǔn)確性等技術(shù)性能上均優(yōu)于市場同類產(chǎn)品[1]。本系統(tǒng)適用于水泥窯爐、冶金加熱爐、玻璃池爐、鋁業(yè)回轉(zhuǎn)窯等有高溫窯爐生產(chǎn)作業(yè)企業(yè),對進(jìn)一步增加高溫工業(yè)電視的覆蓋領(lǐng)域,更深層次地增強(qiáng)高溫工業(yè)電視與生產(chǎn)工藝的緊密結(jié)合,不斷提高高溫工業(yè)電視的市場應(yīng)用率必將產(chǎn)生重要的現(xiàn)實(shí)意義和較大的長遠(yuǎn)意義。

圖1 高溫比色計(jì)測溫系統(tǒng)Fig.1 High temperature colorimeter temperature measurement system

圖2 高溫成像比色計(jì)Fig.2 High temperature imaging colorimeter

2 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的發(fā)展趨勢

2.1 經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

從技術(shù)層面來看,對本項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行研究并開發(fā)出成型的產(chǎn)品,節(jié)約能源與保證窯爐的安全運(yùn)行有著重要的意義。同時(shí),隨著該項(xiàng)技術(shù)與產(chǎn)品的成熟必將有效改善目前控制中的純延遲、大滯后特性,從而進(jìn)一步提高運(yùn)行效率和成品合格率。所以該項(xiàng)技術(shù)必將會產(chǎn)生較大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

從市場層面上來看,本產(chǎn)品具有較強(qiáng)的實(shí)用性和較廣泛的應(yīng)用性,可適用于煤炭地下氣化爐。本產(chǎn)品具有較高的性能價(jià)格比,必將為用戶提高生產(chǎn)的自動化水平、降低生產(chǎn)的運(yùn)行成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低廢品率發(fā)揮較大的作用。所以本產(chǎn)品投入市場后也必將為各行業(yè)、企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[2]。

2.2 對節(jié)能和高效生產(chǎn)產(chǎn)生積極的影響

隨著新技術(shù)、新工藝被應(yīng)用到工業(yè)監(jiān)控中,使最初功能單一的電視監(jiān)控發(fā)展到目前功能完備、技術(shù)先進(jìn)的特種工業(yè)電視。由于工業(yè)現(xiàn)場不同于普通現(xiàn)場,本產(chǎn)品在充分考慮特殊場合防護(hù)措施外,在選用設(shè)備器材時(shí)也充分考慮了優(yōu)良的品質(zhì)和性能價(jià)格比,盡最大可能滿足現(xiàn)場使用要求并達(dá)到最佳效果及長期使用的穩(wěn)定性和可靠性,具有很大的實(shí)用性和廣泛的應(yīng)用前景。因此,高溫窯爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,對企業(yè)、對環(huán)境、對人身安全都有著十分重要的作用。本項(xiàng)目可為生產(chǎn)過程提供必要的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制參量,進(jìn)而對生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到重要的作用,也必將對節(jié)能和高效生產(chǎn)產(chǎn)生積極的影響。

3 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的應(yīng)用分析

高溫成像比色計(jì)裝置是結(jié)合高級的視頻攝像功能與靈活的紅外測溫特性于一體的一種設(shè)備,視頻信號在處理器內(nèi)部被數(shù)字化并且疊加一些圖形元素(像定義測量區(qū)域和溫度顯示的光標(biāo))[3]。最終的圖像可在彩色計(jì)算機(jī)顯示器上看到。由該裝置獲得的圖像質(zhì)量是相當(dāng)好的,清晰度也極高。用戶既可以看到爐體的溫度也能得到爐內(nèi)火焰、物料區(qū)域的一幅清晰畫面。圖像的不同視頻控制能在控制室內(nèi)通過連接到處理器的鼠標(biāo)完成。這種功能允許操作者不需接觸攝像機(jī)就可根據(jù)工藝特點(diǎn)方便地對圖像質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。屏幕菜單則是提供給操作者的另一友好界面。

3.1 高溫成像比色計(jì)測溫裝置存在的重要性

(1)圖像監(jiān)測不與爐體及其周邊被測介質(zhì)直接接觸。(2)CCD攝像探頭在高溫窯爐1800℃以內(nèi)的準(zhǔn)確取像,圖像還原。(3)鏡頭焦距的合理選擇,偏振片的選擇。(4)基準(zhǔn)標(biāo)定(黑體爐)以及CCD歧變修正、比色高溫計(jì)校正。(5)傳統(tǒng)測溫算法的結(jié)合與優(yōu)化。(6)傳統(tǒng)測距算法的結(jié)合與優(yōu)化。(7)火焰、物料色溫分析、光譜分析。

3.2 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的設(shè)計(jì)原則

(1)可行性和適用性。系統(tǒng)保證技術(shù)上的可行性和最優(yōu)的性能價(jià)格比。(2)實(shí)用性。系統(tǒng)貫徹面向應(yīng)用,注重實(shí)效的方針,堅(jiān)持實(shí)用的原則。(3)先進(jìn)性和成熟性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)既采用先進(jìn)的理念、技術(shù)和方法,由注意結(jié)構(gòu)、設(shè)備的相對成熟。不但能反映當(dāng)今的先進(jìn)水平,而且具有發(fā)展的潛力,能保證在未來若干年內(nèi)占主導(dǎo)地位。(4)開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。本產(chǎn)品使用方便,僅需提供交流220V電源。適用于各種粉塵密度高,溫度高的惡劣環(huán)境,應(yīng)用范圍廣泛。(5)可靠性和穩(wěn)定性。在考慮先進(jìn)性和開放性的同時(shí),設(shè)計(jì)從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備性能等著手,確保產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性[4]。

3.3 高溫成像比色計(jì)測溫裝置的發(fā)展前景

高溫成像比色計(jì)測溫裝置的應(yīng)用范圍非常廣泛,高溫成像比色計(jì)測溫裝置還可以建立一套完整的管理規(guī)劃。了解高溫成像比色計(jì)測溫裝置的研發(fā)及發(fā)展趨勢,分析高溫成像比色計(jì)測溫裝置在運(yùn)用中的未來發(fā)展方向,對于當(dāng)今做好科學(xué)規(guī)劃,制定長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略都有一定的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

為了適應(yīng)環(huán)境變化的要求,高溫成像比色計(jì)測溫裝置充分考慮以最簡便的方法、最低的投資,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的擴(kuò)展和維護(hù)。隨著信息化思潮逐漸運(yùn)用于城市建設(shè)領(lǐng)域,我國許多城市也先后引入了高溫成像比色計(jì)測溫裝置。