测量铁水流温度的红外热像仪标定方法

红外设备将校准为使用斯特藩-玻尔兹曼公式计算基于从黑体发出的红外辐射温度。这里的Wbb是一个黑体单位时间内表面的总辐射能量单位，σ是一个常数，T是Kelvin开尔文温度

WBB = σ · T 4 .                                                                                                               (3)

然而，在相同温度下，真正的人体发出的辐射比黑体少，描述这现象的术语 发射率 被正式定义为：在相同温度下，身体发出的辐射与黑体发出的辐射比例。

把3带入4 得出5   这个方程是灰体散热器的斯蒂芬-波尔兹曼公式

W  = ε · σ · T 4 .                                                                                                                                            (5)

补偿是一个计算过程，是使用其主体发射率发出的辐射来计算主体温度的过程，基于此过程，红外设备可用（6）来测量辐射和计算温度。可以看出，最终红外设备测量精度取决于正确的调整发射率，因此，发射率校准至关重要。

A.       铁水发射率 

在工业环境中，由于种种原因准确的发射率校准不太容易。最重要的原因之一是正确的发射率评估必须在同样条件下随着温度测量进行，这是非常困难的，因为发射率评估所需的参考温度通常不适用于工业安装的环境。

在实际工作条件下，一般的程序进行校准发射率是非常困难的，这就是为什么发射率通常在实验室中运用校准设备加热对象并测定其温度进行评估。虽然温度低但热电偶也可用来获得参考温度，更常见的是使用在温度测量中使用的红外设备，粘一块已知发射率的绝缘胶带在样品上。一旦获知被加热物体的参考温度，就使用红外设备再次测量样品，发射率的结构会不断变化直到获得参考温度，这最终的构成就是被测物的发射率。

本文提出了一种在实际工作环境中的铁水发射率校准。在实验室，可以模拟相同条件的铁水。然而，这些类型的综合测试很少是模拟真的现实生活中的数据。

T

铁水发射率的参考温度是通过一个配有热电偶的管子，lance浸在鱼雷车内的铁水中几次，采取平均测量，这种温度测量的过程非常危险必须谨慎小心，因为它需要人工直接近距离干预非常热的材料，不管怎样，实际工作中它是唯一可选的。为了减少对人们造成的伤害，因此将移动并把测量器具浸入鱼雷车的操作员位置设在鱼雷车上方的安全距离，当倾倒铁水时不能浸入测量器，以免有飞溅物质。图8显示 一名操作员正在使用测量器测温。

为发射率校准使用热电偶测温

I

使用lance测温后，立刻把鱼雷车中的铁水倒入钢包，使用本文中提到的铁水测量方法，铁水倾倒时红外摄像机中的发射率不断变化直到温度分布的平均值匹配之前用lance测的温度。红外摄像机测量的温度对于用lance测的温度有一个延迟，于是铁水的温度在这期间可能发生变化。然而，绝缘的鱼雷车和热惯性使这种差异可以忽略不计。

重复测试鱼雷车发射率校准待得到相近的结果时，经过计算得到的最终发射率是0.205.这个值和之前工作的长波红外设备Flir ThermoVision A325所得值是一致的。作为一个红外测温感兴趣的技术人员的参考，工厂加工的生铁含碳量较高 (4.636%)，也含有小比例的其他物质，包括硅(0.396%),锰 (0.319%),磷 (0.070%),硫 (0.008%).发射率校准实验的环境为相对湿度60%，常温23 ◦ C，摄像机到目标距离为7米。

B.熔渣界定

为了正确计算熔渣的温度TS，（7）应该用于补偿熔渣WS的发射率εS发出的辐射.

然而，红外设备通常使用相同的发射率值实现所有像素的辐射补偿。例如，这项工作取得的红外图像是使用硬件补偿的红外摄像头，它可以使用一个单一的发射率值。这种情况下，因为它是我们感兴趣的温度，所以摄像机配置的发射率值就是铁水εI的发射率，因此，计算获得熔渣像素温度T’s

Fig. 9.   Compensation of the temperature of the slag.

熔渣的补偿温度

图9展示了两个不同的熔渣温度值的计算,使用生铁发射率补偿熔渣辐射可以得出T’s，并且也可以得出Ts如果熔渣辐射已正确得到补偿。

补偿结果（8）给出一个高出本应该获得的实际值（7）的温度读数，这是因为熔渣对应的区域比生铁区域受到更大的辐射(εS 》εI)。其结果是，图中熔渣对应的像素温度计算比实际温度值要高(T’s》Ts )，这实际上和铁水温度TI非常相近。

解出(7)中的Ws，然后代入到(8)中，得到（9），这表明熔渣温度值能过作用于熔渣实际温度值的铁水发射率得到补偿。

由于熔渣的实际温度值和铁水的温度很接近(TS ≈ TI )。所以（10）也是成立的。

The emissivity of the molten pig iron and the emissivity of the slag are constants. Therefore, (10) can be expressed as (11),where k is equal to

铁水的发射率和熔渣的发射率是常数，所以，（10）可以表示为（11），其中k=

铁水校准的发射率εI是0.203，之前（7）表明，熔渣发射率εS是0.9左右，与波长统一，所以这样情况下下，K的值是1.45左右。 

在红外光谱长波区域，铁水和熔渣的发射率差别更大，熔渣的发射率与波长一致，然而，铁水的发射率在短波区会更高些，这意味着，长波的红外设备，比如这次用到的红外摄像机比短波设备更适用于红外熔渣检测。

 Fig. 10.   Computed temperature of the slag in function of the

temperature of the molten pig iron and threshold.                         

            铁水温度和阙值计算熔渣温度表

图10显示，熔渣的温度补偿基于铁水的温度TI通过其发射率T’s计算，使用1200 ◦ C 到 1600 ◦ C 范围的TI值计算T’s值，该温度范围来自铁水温度。

 图10可以看到，TI最低值即1200◦ C, Ts值是1862.85◦ C左右，应用了开尔文摄氏度转换后得到（10）上的所有值，所有方程中的温度值都是用开尔文表示。T’s包含的值是使用高于1800◦ C的TI最低值，此温度水平是在铁水的最高温度水平之上，因此，1800◦ C将被选为T hs阙值，在图像处理过程中的熔渣检测会应用该阙值。

之所以选择这个阙值是因为铁水达不到这个温度，同时，当熔渣得到铁水发射率补偿时，和铁水温度几乎相同的溶渣温度将高于这个阙值。因此，阙值的选择使区分熔渣和铁水成为可能。

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