浅谈高温成像比色计测温装置的运用

苏建平 费建军

(天津市电视技术研究所有限公司,天津 300040)

0 引言

高温窑炉在生产过程中除了必要的工业自动化控制外,实时观察被加热材料的状态、颜色和尺寸变化也是必不可少的工艺手段。国内外目前通用的做法是采取人工观察或现场取样的方式来实时进行,极少数采用视频监控的也只是能粗略的反映炉内状况,不能够清晰、准确、全面地提供实时炉况,尤其是被加热材料的温度、状态、颜色和尺寸变化。

客户的需求度又与日俱增,通过目标市场分析,国内市场上尚无功能如此强大的产品。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。本项目研制的最终目的就是成系统的解决技术分散、功能分散问题。

1 高温成像比色计测温装置概述

1.1 高温成像比色计测温装置的研制目的

高温窑炉在生产过程中除了必要的工业自动化控制外,实时观察被加热材料的状态、颜色和尺寸变化也是必不可少的工艺手段。用人工观察或现场取样存在以下三个主要问题:一是人的视觉在强光下极易产生疲劳;二是现场取样存在一定的安全隐患;三是增加了生产系统的人力负担并增加了生产人员的劳动强度。

高温成像比色计测温装置对于有高温窑炉生产作业的企业起着非常大的作用,很多企业都已经把高温成像比色计测温装置作为促进企业发展的重要方式。有高温窑炉生产作业企业的建设与发展前景,需要利用高温成像比色计测温装置来促进。就目前的发展状况来看高温成像比色计测温装置的运用已经成为一种趋势。

本文对高温成像比色计测温装置的研制进行浅度分析[1]。

1.2 高温成像比色计测温装置的发展趋势

(1)技术的发展趋势。温度的测量一般分为接触式测量和非接触式测量。对高温窑炉的温度测量来说,接触式测量如铂电阻、热电偶等只能实现点测量,测量范围有限,效果不好;非接触式测量如比色高温计由于不与被测介质直接接触,热惯性小,测量上限不受材料限制等优点而倍受关注。图像测温技术是晶体炉温度测量的技术发展方向,虽处于起步和非成熟阶段,但市场的需求度会使本项目迅速成长并产业化。

高温视频成像技术国内已有二三十年的应用经验,技术成熟但突破没有,单一成像功能简单,可视域广、非接触的特点没有得到充分发挥。

(2)市场的需求分析。高温成像比色计测温装置具有较强的实用性和广泛的应用性,适用于高温窑炉的视频成像、温度测量,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、提高产品质量和安全生产发挥较大的作用。

(3)在产业链发展中的作用。通过比色高温计和摄像机的图像处理对高温窑炉物料工况、温度等实时监测,可为生产过程提供必要的实时数据和控制参量,进而对高温作业的安全、经济、高效运行起到重要的作用,也必将对此行业的节能和高效生产产生积极的影响。温度的测量一般分为接触式测量和非接触式测量。对高温窑炉的温度测量来说,接触式测量如铂电阻、热电偶等只能实现点测量,测量范围有限,效果不好;非接触式测量如比色高温计由于不与被测介质直接接触,热惯性小,测量上限不受材料限制等优点而倍受关注。图像测温技术是晶体炉温度测量的技术发展方向,虽处于起步和非成熟阶段,但市场的需求度会使本项目迅速成长并产业化。

2 高温成像比色计测温装置发展的原因

通过比色高温计和摄像机的图像处理对高温窑炉物料工况、温度等实时监测,可为生产过程提供必要的实时数据和控制参量,进而对高温作业的安全、经济、高效运行起到重要的作用,也必将对此行业的节能和高效生产产生积极的影响。

2.1 实现功能

(1)实时检测火焰燃烧温度。(2)实时检测物料生产各断层温度。(3)显示重点位置异常(恶化)信息。(4)提供生产缺陷的预见性信息。(5)数据库记录每一个作业时段的温度历史数据。(6)具有自动识别和图像自动调整大小的功能。(7)显示高温窑炉运行直观状态。

高温成像比色计测温装置适用环境如图2 所示:

图2 高温成像比色计测温装置适用环境图Fig.2 Applicable environment diagram of temperature measuring device of high temperature imaging colorimeter

高温成像比色计测温装置的发展已经成为促进有高温窑炉生产作业的企业发展的重要原因。也可以说,高温窑炉生产作业企业的顺利运行、工作的处理,无时无刻都离不开高温成像比色计测温装置[2]。

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

2.2 高温成像比色计测温装置的研制内容

高温成像比色计测温装置的研制内容,重点是如何将高温窑炉动态图像信息实时转化为相应的温度信息。测温量程:1800℃以内。

(1)高温窑炉动态视频图像的采集及视频采集设备的保护。(2)炉内视频图像的数字化处理。(3)摄像镜头采集的各像素角度与亮度歧变的修正。(4)比色高温计的校正和视频RGB三原色的标定。(5)数字视频图像的温度转化计算和软件开发。(6)温度信息的处理、统计、记录、显示、以及重点信息实时转化为相应控制信号的软件开发。

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,具有提供优质的图像监视和进行准确的温度测量的特性。高温窑炉是一个需投入大量资金并确保运行条件最优化的地方,因为它对运行成本和产品质量有最主要的影响,本装置的使用能有助于对成本和质量的控制[3]。

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。(6)可扩展性和易维护性。为了适应环境变化的要求,本产品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,包括引进国外先进的信息管理系统和专业的信息化管理软件。但就现状而言,仍处于起步阶段,存在诸多局限问题[4]。

4 结论

从技术层面来看,高温成像比色计的研制对于开发出成型的产品,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。所以高温成像比色计的研制必将会产生较大的社会和经济效益。

从市场层面上来看,高温成像比色计测温装置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,具有较高的性能价格比,必将为企业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。