声波测温炉膛二维温度场连续在线监测系统

近几年，国内铸造企业大力推进熔炼和窑炉，但加热炉和锅炉等设备很容易出现各种机械故障，包括堵塞管道内部及阻碍产品流动的焦化现象、管道外部炉渣积聚、炉渣造成的损害、加热不足和过热、因燃烧器放置不当而对管道造成的火焰冲刷，以及产品泄漏引发火灾，对设备造成严重伤害，甚至引发爆炸事故！工业领域的爆炸事故损失往往是惨重的为了减少事故频发保障企业和员工的人身财产安全今天小菲为大家介绍一款应用于工业炉窑、化学加热器和燃煤锅炉的高温检测专业设备——FLIR GF309FLIR GF309是专门针对高温工业加热炉、窑炉、电炉等应用而设计，它可在安全距离外对所有炉窑进行检测，大大提高操作人员的安全，通过对炉窑状况的了解，避免故障和计划外的停炉。穿透火焰，直观检测加热炉FLIR GF309加热炉在运行过程中，常常因为燃烧状况不好，使得炉管受热不均，局部出现超温情况，长时间运行在超温状态，将会导致炉管结焦、材质裂化、鼓胀变形甚至爆管。如何准确掌握炉管温度场变化情况，一直是操作人员关注的问题。传统方法是在炉膛和炉管的不同部位安装热电偶，通过热电偶的指示值加以调节炉窑的运行参数，但热电偶在高温炉膛环境中极易损坏或飘移，而且只能反映局部温度情况。因此，红外检测技术是一种较好的炉膛内的温度场监测手段。在对加热炉的监测中，常常发现结焦情况，用红外的方法检测结焦既直观又方便。加热炉检测理想工具——GF309FLIR GF309FLIR GF309红外热像仪配备锑化铟（InSb）探测器，因此它可生成分辨率为320×240像素的热图像，并且探测器和滤波片都使用小型斯特林循环冷却器冷却至接近低温，可提高定量灵敏度。其设计可耐受300°C以上高温，测量温度可达1500°C，可对容易被火焰、燃烧气体和灰尘遮蔽的内炉膛和锅炉组件进行外观检查。FLIR GF309红外热像仪还配备火焰过滤器（光谱波段滤光片），把光谱敏感度限定为3.8μm-4.05μm，除了这部分光谱以外，其它的波段均被过滤，因此其可以穿透温度极高的火焰，进行温度测量。这使得配备火焰过滤器的FLIR GF309红外热像仪成为加热炉检测的理想工具。一机多用，定制实现更多功能FLIR GF309FLIR GF309是双用途红外热像仪，不但可用于高温工业加热炉应用，还可用于机械和电气组件的热检查。因此它非常适用于监测各种加热炉、加热器和锅炉，尤其适用于化学、石化和公用事业。FLIR GF309红外热像仪可生成实时视频图像，能够以静态图像的形式捕捉单独的视频帧，可保存至任何现成的录像机中，实现便捷存档和记录，还可通过一个高分辨率的取景器和一个4.3英寸、800×480像素的彩色液晶显示屏查看图像。定制的FLIR GF309可穿透火焰，配备一个可拆卸防热罩，可将热量从红外热像仪和热像仪操作员反射回去，从而进一步增强防护功能，配备专属的即热炉扩展镜头，可以提供更佳的视角，观察视角越优，安全性则越高，测温值更精确，扫描更全面。工业炉窑的安全运行是企业最关心的问题FLIR GF309加热炉和电气检测专用热像仪是专为穿透火焰检测而定制它可以安全、快速的对炉窑进行检测提前发现隐藏的安全危机让企业安全开展工作，避免停产停机

常规的无损检测技术如射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，这些方法在实践应用中都有各自的缺点及局限性。红外热成像无损检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，广泛应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。与其他的无损检测技术相比，红外热成像技术的特点有：1. 测量速度快，因为红外探测器通过物体表面发射的红外辐射能来测得物体表面的温度，所以响应极快，能测得迅速变化的温度场；2. 非接触性，拍摄红外图片时，红外摄像仪与被测物体是保持一定距离的，对被测温度场没有干扰，操作安全、方便；3. 测量结果直观形象，热像图以彩色或黑白的图像形式对结果进行输出，从图上可以方便地读取各点的温度值，并且热像图中还包含有丰富的与被测物体有关的其它信息；4. 测温范围广，由于是采用辐射测温，与玻璃测温计和热电偶测温计相比，测温范围大大扩展，理论上可从绝对零度到无穷大；5. 测量精度高；6. 易于实现自动化和实时观测。红外热成像无损检测原理红外线是一种电磁波，为0.78~1000 μm，可分为近红外、中红外和远红外。任何物体只要不是绝对零度，都会因为分子的旋转和振动而发出辐射能量。红外辐射是其中一种，如果把物体看成是黑体，吸收所有的入射能量，则根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，在全波长范围内积分可得到黑体的总辐射度为：式中：为黑体的光谱辐射度；c1、c2为辐射常数，c1=3.7418×108 Wm-2μm4，c2=1.4388×104 μmK；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，为5.67×10-8 Wm-2K-4。实际大部分人工或天然材料都是灰体，与黑体不同，灰体材料的发射率ε≠1，灰体表面能反射一部分入射的长波（λ＞3 μm）辐射，因此灰体表面的辐射由自身发射的和环境反射的两部分组成，用红外探测器可直接测量灰体发射和反射的总和Map，但无法确定各自的份额。通常假设物体表面为黑体，将Map称为表观辐射度，为便于理解，一般将其转换为人们较熟悉的温度单位，称为表观温度Tap，即：上述表观温度Tap即为红外探测器测量所得温度，在无损检测中测量距离一般较近，可以忽略大气的影响，故被测物体的表面发射率ε的取值是否准确是影响测量精度的关键因素。检测方式1. 主动式检测为了使被测物体失去热平衡，在红外热成像无损检测时为被测物体注入热量。被测物体内部温度不必达到稳定状态，内部温度不均匀时即可进行红外检测的方法即为主动式红外检测。该种检测方式是人为给试样加载热源的同时或延迟一段时间后测量表面的温度场的分布。从而确定金属、非金属、复合材料内部是否存在孔洞、裂缝等缺陷。2. 被动式检测被动式红外热成像无损检测利用周围环境的温度与物体温度差，在物体与环境进行热交换时，通过对物体表面发出的红外辐射进行检测缺陷的一种方式。这种检测方法不需要加载热源，一般应用于定性化的检测。被测物本身的温度变化就能显示内部的缺陷。它经常被应用于在线检测电子元器件和科研器件及运行中设备的质量控制。红外热成像技术在无损检测中的应用1. 材料热物性参数检测与其它的测温技术相比，红外热像仪能迅速、准确地测量大面积的温 值，且测温范围宽。因此，当需要准确测量较大范围的温度边界条件时，红外热像仪具有其它测温仪器不可比拟的优越性。哈尔滨工业大学的研究人员针对焊接温度场中材料的传热系数随温度升高而变化的情况进行了研究，证明了焊接过程热传导系数反演算法的可行性，结合红外热像法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场，通过计算分别获得了加热和冷却过程的热传导系数随温度变化的曲线。热传导反问题的研究，具有广泛的工程应用前景，近年来在热物性参数的识别、边界形状的识别、边界条件的识别、热源的识别等多方面已经取得了很多研究成果。在进行传热反问题研究时，采用红外热像技术测量研究对象的温度图，可以方便快捷地解决温度边界的测量问题，该方法在热传导反问题的研究中已被广泛采用。2. 结构内部损伤及材料强度的检测目前利用红外热像技术进行的结构损伤研究有混凝土内部损伤检测、混凝土火灾损伤研究、焊缝疲劳裂纹检测、碳纤维增强混凝土内部裂纹检测等，由于损伤部位的导热系数的变化，导致红外热像图中损伤位置温度异常。与常规的探伤方法如X射线、超声波等相比，红外热像技术具有不需要物理接触或耦合剂，操作简单方便、无放射性危害等优点。同济大学的研究人员采用红外热像技术对混凝土火灾损伤进行了实验研究，得出了火灾损伤混凝土红外热像的平均温升随时间的变化曲线，及混凝土红外热像的平均温升与其受火温度与强度损失之间的回归方程。将红外热像技术应用于火灾混凝土检测，在国际上尚属首创，突破了传统的检测模式，为进行混凝土的火灾损伤评价开创了一条新途径。但将该方法运用于实际工程检测中，尚有许多问题需要解决，如混凝土强度等级、碳化深度、级配、火灾类型等对检测结果的可靠性的影响，以及检测时的加热措施等。近年在光热红外技术的基础上发展的超声红外技术发挥了红外技术和超声技术的优点，该方法以超声脉冲作为激发源，当超声脉冲在试件中传播遇到裂纹等缺陷时，缺陷引起超声附加衰减而局部升温，从而利用红外热像技术可以检测出这些裂纹缺陷。南京大学的研究人员将红外热像仪与超声波发射器结合起来，用超声波发射器对有疲劳裂纹的铝合金试件进行热量输入，拍摄红外热图像，与计算机模拟计算结果进行比较，试验表明超声红外热像技术对裂纹缺陷、不均匀结构及残余应力非常敏感。3. 在建筑节能中检测的应用在建筑物节能检测方面，瑞典早在1966年就开始采用红外热像技术检测建筑物节能保温，美国、德国等许多国家的研究人员也都进行过这方面的研究工作。在我国随着对建筑节能要求的提高，建筑物的节能检测势在必行。目前我国对建筑围护结构传热系数的检测多采用建筑热工法现场测量，红外热像技术只作为辅助手段，通过检测围护结构的传热缺陷，综合评价建筑物的保温性能。目前我国红外热像技术在节能检测领域的研究尚属于起步阶段，还没有确定的指标对建筑物的红外热像图进行节能定量评价，由于建筑物立面形式和饰面材料的多样性，编制专用的图像分析与处理软件和建立墙体内外饰面材料的发射率基础数据库成为该项研究中一个重要环节。4. 在建筑物渗漏检测中的应用建筑物的渗漏有由供水管道引起的渗漏和屋顶或外墙开裂引起的雨水渗漏等，由于渗漏部位的含水率和正常部位不一样，造成在进行热传导的过程中二者温度有差异，因而可以用红外热像仪拍摄湿度异常部位墙面的红外热图像，与现场直接观察结果进行对比分析，可以找出渗漏源的位置。结语红外热像技术在无损检测中的应用前景非常广泛，相应的研究工作也取得了初步的研究成果，并逐步地从定性研究走向定量研究，但总体来说在目前尚属起步阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，且多属一些定性的结论，缺乏相应的操作规范。因此，应加强定量研究工作，提高对红外热像图的处理能力。

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