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玻璃行业的非接触式测温
        

 

在所有工业领域,温度测量是其中一种重要的物理测量方式。同样在玻璃工业这也是生产工艺过程控制的必要手段。非接触式红外测温仪因其下列优点正不断地受到重视。
●操作简单
●响应时间快
●不会老化,漂移最小
●配置灵活,价格合理
●不会污染玻璃溶液

在玻璃工业中需对透明及不透明的物体进行测温。不透明的物体包括模具,穹顶及玻璃熔炼炉的侧壁。本文章对玻璃行业测温的特殊性作了简要的描述。
它描述了玻璃表面温度,玻璃内部温度的确定以及测温仪在玻璃行业的其他应用。IMPAC公司在非接触式测温领域拥有40多年的经验,在玻璃行业的非接触式测温具有特别丰富的经验。

玻璃作为非接触式测温的被测物体
玻璃是透明的可见物,其光谱在近红外光谱范围之内,它的发射率与波长和玻璃的厚度有关。图1显示了窗玻璃的发射率及辐射率。当光谱范围在5~8μm之间时,它的发射率最高,因此玻璃的温度在这个范围可以可靠测得。测量值符合玻璃的表面温度,与玻璃的厚度无关,在这个范围而且也基本没有辐射出现。这里 在整个光谱范围只使用很少的一部分窄带光谱带,以避免测量受到周围环境空气的影响。
高质量的测温仪只在这个光谱范围工作,也被称为环境窗,因为那里不会因为空气湿度或碳氧化物引起对红外射线的吸收,这样就避免了因空气湿度或测量距离的改变而造成测温误差图2显示了这种环境窗对传输空气的状况。窄带范围5(约5μm),如图2所示,用来测量表面的温度。IMPAC所有用于这一特殊的测温任务的测温仪都在5.14μm的光谱范围工作,因为在这个特殊区域燃烧火头的热废气不会影响到测量值。 但是对于其他的应用范围,还是建议需要测量玻璃内部的温度,而不是测量表面温度,因为接近表面的玻璃层受对流的影响很大。这里需要测量的是熔化后的玻璃,就需要使用在近红外光范围的测温仪。 这里可以使用的是硅(Si)或者铟-镓-砷化物(InGaAs)探测器,他们的光谱敏感度在图2所示的环境窗的1和2。因为在两种不同的光谱范围所达到的渗透深度也不同,测温仪的选择就取决于玻璃的层厚。SI硅探测器所达到的渗透深度在窗玻璃为约190mm,而采用铟-镓-砷化物(InGaAs)探测器渗透深度可以达到290mm。另外这些渗透深度值还和玻璃的种类有关。当渗透深度比较小,大约只有4mm的时候,要使用光谱范围为4的测温仪,请见图2所示(IN 5/4 plus, IE120/39).        

 

 

玻璃熔炉,工作槽和喂料器
非接触式测温技术在玻璃熔炉,熔化槽和玻璃喂料器越来越多地取代传统的热电偶测温技术(参见图4,)。因为工作温度很高,而且在侵蚀性的环境条件下,热电偶很容易老化和损坏,也会出现漂移。为了保护热电偶,有些地方需要用铂金属做保护外壳,这样成本就会上升许多。
为了适应这一领域的应用,IMPAC专门开发了一种测温仪,不需要冷却系统,环境温度达到250℃时也能工作。通过使用光纤高温计,可以明显地降低安装及运行费用。光纤可通过牢固的不锈钢外壳保护,最长可以达到30米。安装及操作所必需的所有部件将作为标准配置提供。这包括与炉体壁连接所需要的标准的安装配件, 保持镜头清洁的空气清扫器,视管(直到1200℃均可使用),开式或闭式的不同长度的陶瓷管。( 图5)两种不同的型号可以选择,它们都是精度很高的数字式测温仪。IS 50 - LO /GL是双线制技术,电气安装简单,IS 5-LO/GL除了标准的模拟输出外,还有RS232或RS485串行接口,便于多台仪器通过现场总线连接及用PC机进行控制。
玻璃点滴的温度测量
原则上玻璃点滴的温度只有通过非接触式测温技术才能获得。由于节拍时间很短,就需要使用响应时间很快的测温仪,而且还必须能测量玻璃点滴的内部温度,因为玻璃的表面温度受环境条件影响很大,因此测量表面温度会不准确。玻璃的渗透深度是由测温仪的光谱范围确定的,在选择的时候要根据玻璃的种类和点滴的大小决定。通常情况下温度借助于最大数值储存器短时间保持并显示。
图7显示了ISQ5型数字式红外测温仪,带不锈钢冷却外罩,它测量的是在全自动玻璃瓶生产线中的点滴的玻璃内部温度,响应时间是10毫秒。
玻璃模具温度的测量
测量玻璃模具的温度也需要很快的响应时间,因为玻璃模具以很快的速度打开和关闭。这里所要测量的是金属物体的温度,因此测温仪的光谱灵敏度应该在短波红外范围,响应时间要在1至2毫秒之间。在这方面IMPAC公司都可以提供在线式或便携式测温仪,究竟选用哪一种需根据生产工艺决定。在线式采用IGA5IGA140或便携式IGA8 plus (图8)测温范围在250 - 1300 ℃之间。为了对准被测物体该测温仪可选用激光导向灯或望远对准镜头。除了0 - 20mA或者4-20mA的测量值输出外还可以选择串联接口(RS232或RS485),这样就可以通过电脑进行数据处理。该仪器还可以选择方便的安装支架和冷却外罩等。
平板玻璃生产中的温度测量
在平板玻璃生产线中,采用红外测温仪测量表面温度被证明是卓有成效的。上面描述的测温仪可以用来对浮法池和熔炼炉的冷却进行温度测量。这里是窄带光谱响应,位于5μm范围,这样保证测量的是玻璃的表面温度。设备所安装的加热元件对测温的影响非常小,因为玻璃表面的热辐射在光谱波长为5μm时很低(见图1
IMPAC 为该测温任务提供坚固型的双线制数字式测温仪IN5/5,或者完全数字化的IN5/5 plus, 该型号测温仪除了常见的模拟输出(0/4 - 20mA)以外还可以带有串联接口RS232 或者R485。我们可以提供所有安装和操作所必须的元件,包括冷却外罩,在炉子墙壁上固定用的安装单元,空气或保护气清扫器等(图9
玻璃再加工和灯泡生产
玻璃表面温度在灯泡生产、平板玻璃的折弯和退火及热烧成形过程中是非常重要的过程参数。在这里温度的测量也应该与玻璃厚度无关,因此也应该使用光谱灵敏度在5μm的测温仪。这里使用IN5/5或者IN5/5plus是比较合适的选择。通过选择三种不同的合适的镜头,测量光点可以达到较大或较小。假如要求测温速度特别快的话,比如在玻璃弯曲炉中或玻壳生产线,IE120/51H的响应时间只有
10毫秒。另外还带有一个可聚焦的镜头,以便最佳适应测温任务。
对于小的加工设备的特殊应用(比如汽车灯泡的生产),就需要测温仪本身的尺寸很小,而且测量光点也要很小。IN300/5的直径只有25毫米,长度为120毫米,是光谱范围在5.14μm的最小的测温仪,测量光点为2.5毫米。


玻璃工业便携式测温仪的应用
便携式测温仪(见图10)主要在设备调试,阶段性生产工艺过程控制测量以及维修保养的时候使用。IN15用来测量冷却区,涂层工艺以及寻找炉壁热渗透而而使用。它的光谱范围是8 - 14μm,测温范围是-32- 900 ℃。IN 15/5在光谱范围5.14工作,因此150 - 1800℃之间的所有玻璃表面温度测量都可以使用。所有的15系列测温仪都带有激光导向灯,用来准确地对准被测物体,选用聚焦镜头小至2.2毫米的物体也可被测温。
IS8 plusIGA 8 plus用来测量玻璃模具、玻璃喂料器或玻璃熔炉中的玻璃温度。它们的光谱范围在0.6和1.1及1.45至1.8um,测温范围在600 和2500℃或者300- 1300 ℃。其金属的外壳是专门为玻璃工业恶劣的工作环境而设计的。