CN104949758B - 生产线红外测温仪的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种生产线红外测温仪的发射率标定方法，包括以下步骤：1)在被测物体从出炉时刻开始，直至生产线红外测温仪记录的测量时刻之间，获取一个具有稳定温度值的利用手持测温仪记录的测量时刻，计算时间差；2)已知被测物体温度随时间变化曲线，得到两个测量时刻的理论温度，计算两个测量时刻的理论温度差；3)获得手持测温仪在测试时刻时对应的发射率；4)根据发射率—温度增量公式，获得两个测温时刻的发射率差值；5)利用手持测温仪的发射率加上发射率差值，获得生产线红外测温仪的发射率。本发明能够在不影响生产的情况下，直接进行测温仪发射率的标定，避免了传统标定方法的不便、成本过高、难以实现等问题及其带来的经济损失。

Description

生产线红外测温仪的标定方法

技术领域

本发明涉及红外测温仪发射率的标定方法，尤其涉及一种适用于生产现场的红外测温仪发射率的标定方法。

背景技术

红外测温仪利用物体辐射传热的特性，采用非接触的测温方法，通过物体单位面积的辐射能与温度的关系对物体进行温度检测。红外测温仪的发射率是影响测量结果的主要参数，发射率的不准确，会直接影响生产现场红外测温仪测温的准确性，从而直接影响生产过程及结果。目前发射率不准确的原因：1)被测物体的发射率随被测物体种类发生变化；2)被测物体的发射率随温度变化；3)被测物体的发射率随表面质量变化；4)被测物体发射率随测温条件(测温环境因素、测温角度、视场充满率等)变化。

采用实验室测试的方法，因其工况与实际生产工况有差异，获得的发射率直接用于生产不够准确；而采用生产线直接标定方法(利用同步热电偶测温标定原理等方法)虽然在原理上是正确的，但对于被测物体属于瞬态热源，且其空间位置又随时间改变的现场情况，该种方法在实际应用中会有诸多困难(如热电偶的布置，数据的采集与传输，标定的同步，开关机调试等)。

因此需要有一种标定方法，既能避免实验室测试方法的带来的不准确，又能避免生产线直接标定方法所带来的实施困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是针对目前红外发射率标定方法存在的上述不足，提供一种生产线红外测温仪发射率的标定方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种生产线红外测温仪的发射率标定方法，包括以下步骤：

1)在被测物体从出炉时刻t₀开始，直至生产线红外测温仪记录的测量时刻t₂之间，获取一个具有稳定温度值的利用手持测温仪记录的测量时刻t₁，计算t₁和t₂的时间差Δt；

2)已知被测物体温度随时间变化曲线，得到步骤1)中两个测量时刻t₁和t₂的理论温度T₁和T₂，计算两个测量时刻t₁和t₂的理论温度差ΔT＝T₂-T₁；

3)获得手持测温仪在测试时刻t₁时对应的发射率ε₁；

4)根据发射率—温度增量公式，获得两个测温时刻的发射率差值Δε，所述发射率—温度增量公式如下：

Δε＝4.4621×10^-4ΔT

5)利用步骤3)中获得的手持测温仪的发射率ε₁加上步骤4)中获得的发射率差值Δε，获得生产线红外测温仪的发射率ε₂。

进一步地，所述步骤3)中，预设同一测温条件下，多个时间段的被测物体发射率与测量温度的增量关系。

进一步地，所述步骤3)中，根据手持测温仪在测试时刻t₁对应的温度T₁进行手持测温仪发射率的调整，在发射率调整为下，分别获得t₁对应温度{T'₁,T”₁,…,T₁ ⁿ}，根据差值计算获得ε₁。

通过以上技术方案，本发明的生产线红外测温仪发射率标定方法，采用环境误差消去的方式，实现了在生产现场直接对红外测温仪发射率进行标定。能够在不影响生产的情况下，直接进行测温仪发射率的标定，避免了传统的直接标定方法所带来的不便、成本过高、难以实现等问题及其带来的经济损失。

附图说明

图1为本发明生产线红外测温仪的标定方法流程示意图；

图2为被测物体温度随时间变化曲线图；

图3为被测物体发射率与温度的增量关系图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一、该标定方法原理说明

在不同的测温条件下测得的物体发射率相差很大，其测得的发射率为：

其中：ε—测得的发射率；—被测物体的发射率真值；△ε'—由测温条件差异引起的发射率偏差。

而在不同的测温条件下的发射率偏差△ε'是不同的，所以直接采用在不同的测温条件下所测得的发射率直接用来标定生产线发射率，会产生较大的误差。因此采用实验室获得的发射率值，来标定生产现场的测温仪发射率，是不严谨的。

由于在相同的测温条件下，测温环境与条件所引起的发射率偏差Δε'是相近的。因此，可以利用误差消去法，进行标定，即可基本抵消掉该部分引起的误差。例如目前分别在两个环境(a₁,a₂)下分别测得两个温度(T₁,T₂)的发射率。可以在环境a₁下获得发射率与温度的增量关系，利用其增量关系抵消了测温条件所引起的误差的特性，进而可以求得在环境a₂下目标温度的发射率。

即：

其中a₁,a₂—两个测温环境，T₁,T₂—拟测温温度所在温度区间端点值。

由于在相同的测温条件下，测温环境与条件所引起的发射率偏差Δε'是相近的，即：

因此：

同理，在测温环境a₂下，有：

在不同的测温条件下，被测物体在相同温度范围下，其发射率真值的差是相同的，即：

因此：

二、被测物体温度与发射率增量关系获得方法说明

被测物体温度与发射率的增量关系可以从文献中获得，亦可通过试验获得。以本例采用的实验方法获得被测物体与发射率的增量关系为例，如图3所示，说明被测物体温度与发射率增量关系的方法。

实验过程如下。

1)在每个指定的板料保温温度下，设定红外测温仪的发射率，在规定的保温时间后，测定炉内的板料温度，记录红外测温仪显示温度。

2)而后设定新的发射率重复上述步骤，直至获得该保温温度下红外发射率与红外测温仪显示的温度值的关系。

3)再利用差值法获得该指定的板料温度下的发射率。

4)利用1)—3)步骤测得各个指定的温度发射率。

5)利用上述1)—4)各个步骤获得的本实验发射率规律拟合最终得到板料发射率与温度的增量公式如下：

Δε＝4.4621×10^-4ΔT

其中：Δε—发射率增量；ΔT—被测物体温度差，℃。

三、本例标定应用的生产现场测温条件及要求说明

1.测温条件说明

板料在炉子中升温到930℃左右，板料温度基本处于均匀状态，在出炉的一瞬间，即出炉时刻t₀，板料整体温度基本都在930℃，而且基本均匀。板料在出炉后，由传送带运送到“待进模区”，运送过程中由于板料在空间上时刻移动，且速度较快，不便选择作为手持测温仪测量时刻t₁，而板料到达“待进模区”时刻开始，有大约2～3秒的空间停顿时段，这个时间就给手持测温仪测量提供了可能，那么手持测温的时刻即为t₁，测得的现场发射率为ε₁。t₁时刻，板料没有和其他工具接触，板料属于均匀降温，各部分温度相近。所以，可以在板料主体区域选择一部分充满手持测温仪视场，以这一主体区域温度作为板料温度，即可测定发射率ε₁。

2.手持测温仪温度与发射率关系原理说明

灰体辐射度与温度关系：

其中：—灰体全辐射度，W/m²；ε—灰体发射率；σ—斯蒂芬-玻尔兹曼常数σ＝5.670400×10^-8W/(m²·K⁴)；j^*—黑体全辐射度，W/m²。

当被测物体一定时，是一定的(测温时刻，单位面积内放出的热量一定)。即单位时间，单位面积仪器接受到的辐射能是一定的。而σ是一个常数。因此可以看做测试时刻，ε和T⁴成反比。因此可以调整ε来获得温度T。当手持红外测温仪，在调节到ε'时，获得的温度T'恰好和理论温度相等或相近，那么ε'即为该时刻的现场发射率。或者也可采用差值法计算，根据t₁时刻对应的温度T₁进行手持测温仪发射率的调整，在发射率调整为下，分别获得t₁对应温度根据差值计算即可获得ε₁。

3.测得ε₁必要性说明

应用于生产现场中的标定时，在需要标定的生产线上，当被测物体进入模具后，生产线红外摄像仪开始拍摄，此时刻即为t₂，对应的发射率为ε₂。此时被测物体已经与部分模具或夹头接触，形成非等温温度场。所以被标定的测温仪获得的图像是一个温度场，该温度场有一定的温度范围。如果直接以该测温仪拍摄时刻的理论温度T₂直接去调整发射率ε₂，可以获得若干个含有T₂的温度范围，因而无法获得确定的ε₂值，例如：在T₂＝500℃的情况，调整的ε₂＝0.5时，获得温度范围为[350,550]℃，而调整ε₂＝0.4时，获得的温度范围为[450,650]℃，这两个温度范围都包括T₂＝500℃，但对应的发射率ε₂却不同。在这种情况下，难以通过这个温度范围直接对其进行标定获得一个精确的ε2。

所以，如果在被测板料从出炉时刻t₀开始，直至生产线红外测温仪记录的测量时刻t₂之间，能够找到一个具有稳定温度值的利用手持测温仪记录的测量时刻t₁，得出ε₁。通过发射率ε₁加上发射率差值Δε，即可获得生产线红外测温仪的实际发射率ε₂。

4.测温方法具体实施方式

根据上述原理，应用于生产现场中的具体标定过程如下，如图1所示：

1)在被测物体从出炉时刻t₀开始，直至生产线红外测温仪记录的测量时刻t₂之间，获取一个具有稳定温度值的利用手持测温仪记录的测量时刻t₁，计算t₁和t₂的时间差Δt；

2)已知被测物体温度随时间变化曲线，得到步骤1)中两个测量时刻t₁和t₂的理论温度T₁和T₂，计算两个测量时刻t₁和t₂的理论温度差ΔT＝T₂-T₁；

3)获得手持测温仪在测试时刻t₁时对应的发射率ε₁；

4)根据发射率—温度增量公式，获得两个测温时刻的发射率差值Δε，所述发射率—温度增量公式为根据试验结果拟合公式，如下：

Δε＝4.4621×10^-4ΔT

5)利用步骤3)中获得的手持测温仪的发射率ε₁加上步骤4)中获得的发射率差值Δε，获得生产线红外测温仪的发射率ε₂。

5.具体应用举例说明

下面以标定某生产现场的红外测温仪发射率为例，进行具体实施方式的举例，被测物体为高温出炉的金属板料。

1)采用手持式红外测温仪对出炉后停留在待进模区的板料进行了的发射率的测试(待进模区板料出炉时刻约为t1＝3.5s)，通过查证或实验记录的板料温度随时间变化曲线(图2所示)，找到对应的温度，T₁≈850℃。采用该测温条件进行手持式红外测温仪发射率的测定，测定发射率为ε1＝0.63。

2)计算生产线红外测温仪拍照时刻距离被测物体出炉的时间约为t2＝9.9s，通过板料温度随时间变化曲线得知该时间对应的温度T₂≈750℃左右。

两次测试温度差值ΔT＝750-850＝-100℃，根据增量公式Δε＝4.4621×10^-4ΔT得出，对应的发射率差值约为-0.04621。

3)计算板料在生产线红外测温仪拍照时间点对应的发射率约为0.63-0.04621＝0.58379。

标定结果验证：

1)对生产现场红外测温仪进行发射率验证，分别进行了发射率为0.5、0.6、0.7三段的发射率设置，获得了对应的测温结果。

2)发射率为0.6时，测得板料主体温度为728.3℃。与理论获得的发射率0.58379对应温度750℃结果接近，证明本发明的标定方法成功。

综上所述，本发明生产线红外测温仪的标定方法，采用环境误差消去的方式，实现了在生产现场直接对红外测温仪发射率进行标定，提出了适于生产现场的红外发射率标定方法。该测量方法可以在不影响生产的情况下，直接进行测温仪发射率的标定，避免了传统的直接标定方法所带来的不便、成本过高、难以实现等问题及其带来的经济损失。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种生产线红外测温仪的发射率标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在被测物体从出炉时刻t₀开始，直至生产线红外测温仪记录的测量时刻t₂之间，获取一个具有稳定温度值的利用手持测温仪记录的测量时刻t₁，计算t₁和t₂的时间差Δt；

2)已知被测物体温度随时间变化曲线，得到步骤1)中两个测量时刻t₁和t₂的理论温度T₁和T₂，计算两个测量时刻t₁和t₂的理论温度差ΔT＝T₂-T₁；

3)获得手持测温仪在测试时刻t₁时对应的发射率ε₁；

4)根据发射率—温度增量公式，获得两个测温时刻的发射率差值Δε，所述发射率—温度增量公式如下：

Δε＝4.4621×10^-4ΔT

5)利用步骤3)中获得的手持测温仪的发射率ε₁加上步骤4)中获得的发射率差值Δε，获得生产线红外测温仪的发射率ε₂。

2.根据权利要求1所述的生产线红外测温仪的发射率标定方法，其特征在于，所述步骤3)中，预设同一测温条件下，多个时间段的被测物体发射率与测量温度的增量关系。

3.根据权利要求1所述的生产线红外测温仪的发射率标定方法，其特征在于，所述步骤3)中，根据手持测温仪在测试时刻t₁对应的温度T₁进行手持测温仪发射率的调整，在发射率调整为下，分别获得t₁对应温度{T'₁,T”₁,…,T₁ ⁿ}，根据差值计算获得ε₁。