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玻璃行業(yè)中的非接觸式測溫技術(shù)在所有工業(yè)領(lǐng)域,溫度測量是其中一種重要的物理測量方式。同樣在玻璃工業(yè)這也是生產(chǎn)工藝過程控制的必要手段。
非接觸式測溫因其下列優(yōu)點正不斷地受到重視:
- 操作簡單
- 響應(yīng)時間快
- 不會老化,漂移較小
- 配置靈活,價格合理
- 不會污染玻璃溶液
在玻璃工業(yè)中需對透明及不透明的物體進行測溫。不透明的物體包括模具,穹頂及玻璃熔煉爐的側(cè)壁。這篇文章對玻璃行業(yè)測溫的特殊性作了簡要的描述。它描述了玻璃表面溫度,玻璃內(nèi)部溫度的確定以及測溫儀在玻璃行業(yè)的其他應(yīng)用。IMPAC公司在非接觸式測溫領(lǐng)域擁有40多年的經(jīng)驗,在玻璃行業(yè)的非接觸式測溫具有特別豐富的經(jīng)驗。
玻璃作為非接觸式測溫的被測物體
玻璃是透明的可見物,其光譜在近紅外光譜范圍之內(nèi),它的發(fā)射率與波長和玻璃的厚度有關(guān)。顯示了窗玻璃的發(fā)射率及輔射率。當光譜范圍在5~8μm之間時,它的發(fā)射率較高,因此玻璃的溫度在這個范圍可以可靠測得。測量值符合玻璃的表面溫度,與玻璃的厚度無關(guān),在這個范圍而且也基本沒有輻射出現(xiàn)。為了避免測量受到周圍環(huán)境空氣的影響,測溫儀只采用很窄的紅外光譜帶。高質(zhì)量的測溫儀只在這個所謂環(huán)境窗的光譜范圍工作,因為那里不會因為空氣濕度或碳氧化物引起對紅外射線的吸收,這樣就避免了因空氣濕度或測量距離的改變而造成測溫誤差。圖2顯示了這種環(huán)境窗對傳輸空氣的狀況。 窄帶范圍5(約5μm)用來測量表面的溫度。IMPAC所有用于這一特殊的測溫任務(wù)的測溫儀都在5.14μm的光譜范圍工作,因為在這個區(qū)域燃燒火頭的熱廢氣不會影響到測量值。
對于其他的應(yīng)用范圍,需要測量玻璃內(nèi)部的溫度,因為接近表面的玻璃層受對流的影響很大。這里需要測量的是熔化后的玻璃,就需要使用在近紅外光范圍的測溫儀。這里可以使用硅或者INGAAS。他們的光譜敏感度在圖2所示的環(huán)境窗的1和2。因為在不同的波長所達到的滲透高層度也不同,測溫儀的選擇就取決于玻璃的層厚。SI的探測器所達到的滲透高層度在窗玻璃為約190mm,IGA探測器可以達到290mm。另外這些高層度值還和玻璃的成分有關(guān)。大約4mm的小的滲透高層度在紅外光譜范圍4可以達到( IN 5/4 plus, IE 120/39)。
玻璃熔爐,工作槽和喂料器
非接觸式測溫技術(shù)在玻璃熔爐,熔化槽和玻璃喂料器越來越多地取代傳統(tǒng)的熱電偶測溫(圖4,5)。熱電偶與測溫儀相比在很高的工作溫度和侵蝕性的環(huán)境條件下很快就會老化和漂移,為了保護熱電偶,有些地方需要用鉑金屬做保護外殼,這樣成本就會上升許多。
專門用于這一領(lǐng)域,IMPAC開發(fā)了一種測溫儀,不需要冷卻系統(tǒng)在環(huán)境溫度達到250℃時也能工作,通過使用光纖高溫計,可以顯著地降低安裝及運行費用,光纖可通過牢固的不銹鋼外殼保護,較長可以達到30米。所需的安裝附件如安裝支角,空氣清掃器,視管(直到1200℃均可使用),開式或閉式的不同長度的陶瓷管(非常大可用到1800℃)也可以作為標準配件一起供貨。( 圖5)
兩種不同的型號可以選擇,它們都是精度很高的數(shù)字式測溫儀。IS 50 – LO /GL是為雙線制技術(shù)簡單電氣安裝而制作的,IS 5-LO/GL除了標準的模擬輸出外還有RS232或RS485串行接口,便于多臺儀器的現(xiàn)場總線連接及用PC機進行控制。
玻璃點滴的測量
原則上玻璃點滴的溫度只有通過非接觸式測溫技術(shù)才能獲得。由于節(jié)拍時間很短,就需要使用響應(yīng)時間很快的測溫儀,而且還必須能測量玻璃點滴的內(nèi)部溫度,因為玻璃的表面溫度受環(huán)境條件影響很大,因此測量表面溫度會不準確。玻璃的滲透高層度是由測溫儀的光譜范圍確定的,在選擇的時候要根據(jù)玻璃的種類和點滴的大小決定。通常情況下溫度借助于非常大數(shù)值儲存器短時間保持并顯示。
顯示了ISQ5型數(shù)字式紅外測溫儀,帶不銹鋼冷卻外罩,它測量的是在全自動玻璃瓶生產(chǎn)線中的點滴的玻璃內(nèi)部溫度,響應(yīng)時間是10毫秒。
玻璃模具溫度的測量
測量玻璃模具的溫度也需要很快的響應(yīng)時間,因為玻璃模具以很快的速度打開和關(guān)閉。因為這里所要測量的是金屬物體的溫度,因此測溫儀的光譜靈敏度應(yīng)該在短波紅外范圍,響應(yīng)時間要在1至2毫秒之間。在這方面IMPAC公司都可以提供在線式或便攜式測溫儀,究竟選用哪一種需根據(jù)生產(chǎn)工藝決定。在線式采用IGA 5或IGA120或便攜式IGA8 plus (圖7)。測溫范圍在250 – 1300 ℃之間,為了對準被測物體該測溫儀可選用激光導(dǎo)向燈或望遠對準鏡頭。除了0 – 20mA或者4-20mA的測量值輸出外還可以選擇串聯(lián)接口(RS232或RS485),這樣就可以通過電腦進行數(shù)據(jù)處理。該儀器還可以選擇方便的安裝支架和冷卻外罩等。
平板玻璃生產(chǎn)中的溫度測量
對于平板玻璃的測溫我們也有合適的光譜范圍在5μm的測溫儀,也就是說只測量玻璃的表面溫度。在平板玻璃的生產(chǎn)線中該測量方法被用在浮法池和冷卻區(qū)。正如上面提到的,在這個光譜范圍輻射率很低,這樣熱射線的輻射實際上對測量也不會、帶來影響。
IMPAC 為該測溫任務(wù)提供堅固型的雙線制數(shù)字式測溫儀IN5/5或者完全數(shù)字化的IN5/5 plus, 該型號測溫儀除了常見的模擬輸出(0/4 – 20mA)以外還可以通過串聯(lián)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線。這里我們也可以提供便于安裝及長期使用的附件,如冷卻外罩,安裝附件,空氣或保護氣清掃器等。
玻璃再加工和燈泡生產(chǎn)
玻璃表面溫度在燈泡生產(chǎn)、平板玻璃的折彎和退火及熱燒成形過程中是令人感興趣的過程參數(shù)。在這里溫度的測量也應(yīng)該與玻璃的厚度無關(guān),因此也應(yīng)該使用光譜靈敏度在5μm的測溫儀。這里使用IN5/5或者IN5/5plus是比較合適的選擇。通過選擇三種不同的合適的鏡頭,測量光點可以達到非常大或較小。
假如要求測溫速度特別快的話,比如在玻璃彎曲爐中或玻殼生產(chǎn)線,IE120/51的響應(yīng)時間只有10毫秒。另外還帶有一個可聚焦的鏡頭,以便較佳適應(yīng)測溫任務(wù)。
對于小的加工設(shè)備的特殊應(yīng)用(比如汽車燈泡的制造),就需要測溫儀本身的尺寸很小,而且測量光點也要很小。;IN300/5的直徑只有25毫米,長度為120毫米,是光譜范圍在5.14μm的較小的測溫儀,測量光點為2.5毫米。
便攜式測溫儀的應(yīng)用
便攜式測溫儀主要在設(shè)備調(diào)試,生產(chǎn)工藝過程控制測量以及維修保養(yǎng)的時候使用。
IN15用來測量冷卻區(qū),涂層工藝以及尋找爐壁熱滲透而使用。它的光譜范圍是8 – 14μm,測溫范圍是-32 – 900 ℃。
IN 15/5在光譜范圍5.14工作,因此150 – 1800℃之間的所有玻璃表面溫度測量都可以使用。
所有的15系列測溫儀都帶有激光導(dǎo)向燈,用來準確地對準被測物體,選用聚焦鏡頭小至2.2毫米的物體也可以被測溫。
IS8 plus和IGA 8 plus用來測量玻璃模具、玻璃喂料器或玻璃熔爐中的玻璃溫度。它們的光譜范圍在0.6和1.1及1.45至1.8um,測溫范圍在600 和2500℃或者300 – 1300 ℃。
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