Измерение температуры поверхности заготовки

Когда речь заходит об измерении температуры поверхности заготовки, многие сразу представляют себе стандартный пирометр и готовые таблицы поправок. Но на практике всё оказывается сложнее — эмиссионная способность материала редко соответствует идеальным значениям из учебников, а отражённое излучение от соседнего оборудования может исказить показания на сотни градусов.

Проблемы контактных методов

Начинали мы с термопар — казалось бы, проверенный метод. Но при скоростной обработке металла контактный датчик либо отставал по времени отклика, либо повреждался стружкой. Помню случай с валом турбины: термопара показывала стабильные 850°C, а при контроле резки обнаружились локальные перегревы до 1100°C. Именно тогда стало ясно — нужен бесконтактный контроль.

Инфракрасные пирометры стали следующим шагом, но и здесь возникли нюансы. Обычный портативный прибор не подходил для непрерывного контроля в условиях вибрации. Пришлось искать специализированные системы, которые могли бы работать в промышленной среде. Кстати, именно тогда столкнулся с разработками ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс' — их стационарные инфракрасные системы как раз решали проблему длительного мониторинга.

Самым неочевидным оказался вопрос калибровки. Для разных материалов приходилось экспериментально подбирать коэффициенты эмиссии. Например, для алюминиевых сплавов в процессе прокатки значение могло меняться от 0.2 до 0.4 в зависимости от состояния поверхности.

Особенности инфракрасного измерения

Современные инфракрасные системы позволяют отслеживать температуру в реальном времени, но требуют точной настройки. Волновой диапазон 8-14 мкм хорошо подходит для большинства металлов, однако для тонких плёнок или прозрачных материалов нужны другие решения.

В системе от Тэнъи Электроникс использован двухволновой метод, который частично компенсирует влияние эмиссионной способности. На практике это означает, что даже при окислении поверхности во время нагрева показания остаются относительно стабильными. Хотя полной независимости от состояния поверхности достичь невозможно — это физическое ограничение метода.

Интересный случай был при измерении температуры медных заготовок. Из-за низкой эмиссионной способности стандартные пирометры показывали заниженные значения. Пришлось использовать специальный отражательный канал и настраивать систему под конкретный технологический процесс.

Практические сложности внедрения

При установке системы непрерывного контроля на прокатном стане столкнулись с проблемой задымленности. Инфракрасное излучение поглощалось частицами масла и воды в воздухе, что приводило к systematic ошибкам. Решение нашли в purge-системе с подачей очищенного воздуха к объективу.

Ещё один важный момент — выбор места установки датчика. Сначала разместили его под углом 45 градусов к поверхности, но из-за отражений от валков получили искажённые данные. После нескольких проб остановились на перпендикулярной установке с защитным термоэкраном.

Калибровка в полевых условиях — отдельная история. Черное тело с эталонной температурой пришлось модифицировать под наши условия, так как штатная версия не выдерживала вибрацию от оборудования. Совместно с инженерами из Тэнъи разработали мобильную версию калибратора, который теперь используем для регулярных проверок.

Анализ точности и погрешностей

Точность измерения температуры поверхности заготовки зависит от множества факторов. Если брать типичную ситуацию с стальным прокатом, то основная погрешность возникает из-за изменения коэффициента излучения при окислении поверхности. На практике разброс может достигать 5-7% от измеряемой величины.

Сравнивали показания нашей системы с результатами термографического контроля — расхождения составили около 2-3% в диапазоне 600-900°C. Для технологического контроля это приемлемо, хотя для научных исследований потребовалась бы дополнительная калибровка.

Интересно, что при длительной работе системы заметили дрейф показаний. Оказалось, что оптическое окно постепенно загрязняется, даже с purge-системой. Теперь проводим профилактическую очистку раз в смену — проблема исчезла.

Перспективы развития технологии

Сейчас рассматриваем multispectral системы, которые позволяют более точно компенсировать влияние эмиссионной способности. Но стоимость такого оборудования пока ограничивает его широкое применение в серийном производстве.

В последних разработках Тэнъи Электроникс увидел интересное решение — комбинацию пирометра и тепловизора. Это позволяет не только точечно контролировать температуру, но и видеть распределение по всей поверхности заготовки. Особенно полезно при обнаружении локальных перегревов.

Думаю, будущее за гибридными системами, где данные с инфракрасных датчиков дополняются информацией от других sensors. Например, сочетание температурного контроля с измерением геометрических параметров могло бы дать более полную картину технологического процесса.

Выводы и рекомендации

Измерение температуры поверхности заготовки — это не просто снятие показаний с прибора. Требуется глубокое понимание физических принципов, знание технологии производства и учет конкретных условий измерения.

Для большинства промышленных применений рекомендую стационарные инфракрасные системы, подобные тем, что производит ООО 'Шэньян Тэнъи Электроникс'. Они обеспечивают необходимую точность при условии правильной установки и регулярной калибровки.

Самое главное — не полагаться слепо на паспортные характеристики оборудования. Каждый производственный процесс уникален, и система измерения температуры требует индивидуальной настройки под конкретные условия эксплуатации.