基于红外辐射的焦化炉顶测温技术研究

摘要

温度是现代工业自动化生产过程中重要的参数之一,对温度的有效测控直接影响生产效率和质量。随着红外传感技术、数字信号处理及嵌入式技术的迅猛发展,测温技术因此不断得以改进和日益完善,红外辐射理论相对成熟且红外测温技术在包括工业领域内的各个领域得到广泛应用。本文基于炼焦厂焦化炉顶测温项目,为了取代传统热电偶接触式焦化炉测温方法,首次将红外测温技术引入焦化炉测温系统,针对内部环境条件复杂恶劣的焦化炉炉内燃烧室,分析建立了焦化炉红外辐射测温模型,提出了焦化炉测温方案,并设计了一套实时性高、准确度高、安装调试方便、成本低廉的红外高温测量平台,并通过实验室及焦化炉现场测试数据验证了本文所建模型的正确性。
　　在测温模型建立方面,论文以黑体辐射的普朗克定律为基础,首先分析了焦化炉的组成结构及辐射特性,进而借鉴大气红外衰减模型,建立焦炉炉内基于米氏散射的近红外衰减模型,并结合光学采集系统的衰减模型及红外传感器的光电转换模型,最终推导出本文焦炉测温适用数学模型。为了将所建模型适用于工程计算实现,本文还首次提出焦炉适用单色窄带模型测温方案及宽带模型测温方案,给出了具体推导过程,并分析了测温方案中工程参数选取对测温结果的影响。
　　在焦炉测温平台建立方面,论文分析了光电流的特性,根据焦炉测温精度、测温范围需求,设计了光电流前置运算放大电路及模数转换数据采集电路,建立了以ATMEL公司提供的8位高速单片微处理器为核心的信号采集处理、测温模型实现及标准工业电流输出接口平台。通过该平台获得了电控辐射炉模拟实验数据和焦化炉现场测试数据,验证了测温模型建立的正确性,并对比定标插值测温方法说明了该模型测温有效性和精确性。论文最后还探讨了进一步提高焦炉测温精度和改变焦炉测温范围的工程途径。

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第一章 绪 论

1.1引言

1.2焦化炉测温的研究现状

1.3红外辐射测温技术概述

1.4课题研究主要内容

第二章 焦化炉测温系统模型的建立

2.1焦化炉组成及辐射特性

2.2红外辐射基础理论

2.3焦化炉红外辐射及衰减模型

第三章 焦化炉测温系统方案选择

3.1 近红外测温方案分析

3.2 焦炉外探测方案及波长选择

3.3光学系统方案与模型修正

第四章 测温平台设计与方案实现

4.1红外传输及探测模块设计

4.2光电流采集及校准模块设计

4.3测温信号处理平台及输出接口

4.4系统软件设计与测温模型实现

第五章 系统测试与模型验证分析

5.1 系统测试与实验数据分析

5.2定标插值测温方案结果分析

5.3提高焦炉红外测温精度的途径

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

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