基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪及相配合的水箱

摘要

基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪，主要由中央处理单元、温度信号输入单元、模拟信号放大单元、环境温度传感器、A/D转换单元、数据存储单元、串口通信单元、看门狗单元及电源所组成，并放置于水箱中，所述的温度信号输入单元由八支K型热电偶及一个八路模拟开关组成，所述的水箱由主水箱和堵头组成。该仪器可直接配接K型热电偶，最高测量温度可高达1300℃，可长时间记录下钢坯所测各个温度点温度变化的全过程，并且满足在110℃高温环境下工作的需求。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种用于钢坯温度测量的仪器及相配合的水箱，属于温度测量的技术领域。

背景技术：

在板材、热轧带钢的生产工艺中，需要将钢坯在加热炉中进行加热。钢坯的加热过程是影响生产设备运行和产品质量的重要因素。一方面，由于加热炉工况的多样化，炉温高达1300℃以上，某些反映加热炉状况的主要热工参数不能直接或连续地检测；另一方面，由于缺乏可行的检测手段，不能有效地控制钢坯在加热过程中的温度分布及加热情况一直是影响冶金企业生产的重要因素之一。

为了确切了解钢坯不同部位在炉内加热过程中的变化情况，确定了解炉温与钢温之间的关系，为开发钢坯加热过程数学模型提供可靠的实验数据，为加热炉加热制度的优化和节能降耗提供科学依据，需要对钢坯加热过程中的温度变化过程进行测量。

由于加热炉内高达1300℃的高温环境，在测量过程中，需要将钢坯温度测量仪放置于一保护用水箱内腔中进行保护。在测量过程中，保护用水箱内近110℃的高温环境及复杂的加热炉内环境，则要求钢坯温度测量仪具有良好的耐高温能力和良好的工作稳定性。

目前使用的钢坯温度测量仪大都配接R型热电偶，且八支R型热电偶分别接八个R型热电偶专用信号放大器。一方面，R型热电偶价格昂贵，测量一次钢坯温度在R型热电偶上的花费高达两万多元；另一方面，R型热电偶专用放大器的价格也较贵，且体积较大，使用时不太方便。投资大，使用不太方便，严重影响了其推广应用。

发明内容：

本发明目的就是针对以上存在的实际问题，提出了一种基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪。该八通道温度测量仪体积小巧，稳定性好，且大大降低了测量费用。本发明还涉及与测量仪相配合的水箱。

本发明的技术方案是：该种基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪，主要由中央处理单元、温度信号输入单元、模拟信号放大单元、环境温度传感器、A/D转换单元、数据存储单元、串口通信单元、看门狗单元及电源所组成，其特征在于：

中央处理单元与A/D转换单元、数据存储单元、串口通信单元、看门狗单元连接；

环境温度传感器、模拟信号放大单元与A/D转换单元连接；环境温度传感器可实现热电偶冷端补偿；

温度信号输入单元与模拟信号放大单元连接，所述的温度信号输入单元由八支K型热电偶及一个八路模拟开关组成。

在前述基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪中，所述的八路模拟开关其型号为CD4051；所述的环境温度传感器为AD590；所述的模拟信号放大单元为AD620；所述的A/D转换单元为AD7734。

在前述基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪中，其特征在于，中央处理单元还连接工作类型选择开关和工作状态指示单元。

一种用于置放所述测量仪的水箱，其特征在于，水箱由主水箱和堵头组成；主水箱包括两个内腔，一个内腔用于盛装水，顶部右端有两个开孔；另一内腔用于盛装所述的测量仪并由堵头封住；主水箱上安有把手；堵头外侧安有把手、在堵头的内部设有堵头水腔，堵头水腔的上部有两个开孔、堵头底部有开槽以容纳K型热电偶连接至钢坯温度测量仪上的接线柱。

本发明的有益效果是：该八通道温度测量仪配接价格低廉的K型热电偶，且八路K型热电偶所测温度的电压信号，通过八路模拟信号开关CD4051分时选通，接至一个共用的模拟信号放大器的输入端。另外，该基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪均选用耐高温器件。这样所设计的钢坯温度测量仪体积小巧，稳定性好，且大大降低了测量费用，适宜推广应用。

附图说明：

图1为本发明电路模块结构框图；

图2为主水箱主视图(示意图)；

图3为图2左视图；

图4为堵头主视图；

图5为图4的右视图。

具体实施方式：

如图1所示。基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪，主要由中央处理单元、温度信号输入单元、模拟信号放大单元、环境温度传感器、A/D转换单元、数据存储单元、串口通信单元、看门狗单元及电源所组成，其中：

中央处理单元与A/D转换单元、数据存储单元、串口通信单元、看门狗单元连接；

中央处理单元还与工作类型选择开关和工作状态指示单元连接；

环境温度传感器、模拟信号放大单元与A/D转换单元连接；

温度信号输入单元与模拟信号放大单元连接，所述的温度信号输入单元由八支K型热电偶及一个八路模拟开关组成。

中央处理单元以微处理器AT89C51为核心，配以“看门狗”芯片MAX813L以实现复位及“看门狗”功能的看门狗单元。八路模拟开关其型号为CD4051；环境温度传感器为AD590；模拟信号放大单元为AD620；A/D转换单元为AD7734。微处理器AT89C51通过SPI接口读出A/D转换后的结果，并将A/D转换后的结果通过SPI接口写入存储器中。

基于K型热电偶的八通道钢坯温度测量仪需放置于一保护用水箱的内腔中加以保护。

如图2、3、4、5所示。该种用于置放本发明所述测量仪的水箱，由主水箱1和堵头7组成。主水箱1包括内腔2和内腔3，主水箱1左右两侧均安有把手5。内腔2用于盛装水，顶部右端有两个开孔4用于注排水及测温时水蒸气的排出；内腔3用于盛装所述的测量仪并由堵头7封住；堵头7外侧安有把手6，在堵头7的内部设有堵头水腔10，在堵头水腔的上部有两个开孔8用于堵头水腔注排水及测温时水蒸气的排出，堵头底部有开槽9以容纳K型热电偶连接至钢坯温度测量仪上的接线柱。

在测量温度时，需将“工作类型选择开关”拨至“测量档”。

首先通过主水箱1顶部后端的两个开孔4往内腔2中注水，通过堵头水腔的上部有两个开孔8往堵头水腔中注水，装配后，将本发明所述的测量仪放入主水箱1的内腔3中，并将堵头装入内腔3的开口端。然后用甩丝毯对整个水箱进行包装保护。这样就能保证了在加热炉中进行测量时，内腔3中的温度始终不会超过100℃，即保证了钢坯温度测量仪能够稳定运行的工作环境。

将所述的测量仪上的K型热电偶通过堵头7上的开槽9伸出放入到钢坯中，用堵头7把内腔3封住。

通过八支K型热电偶采集的输入电压信号经八路模拟开关分时接入模拟信号放大单元的输入端，电压信号经模拟信号放大单元放大后，接至A/D转换单元的通道。

环境温度由环境温度传感器AD590采集，由于AD590所测得的是电流信号，因此，需经电阻分压后接至A/D转换单元的通道。A/D转换单元实现输入信号的滤波及A/D转换功能。

然后将A/D转换后的结果通过SPI接口通过中央处理单元写入到数据存储单元中。

在测量完成后，将“工作类型选择开关”拨至“通信档”。本发明与上位机的通信是通过串口通信单元实现的。在上位机软件中，利用VB6.0中的MScomm控件实现串口通信，在读出数据存储单元中保存的测量数据后，通过查表、插值及软件冷端补偿等技术后计算得钢坯所测点的温度值。

本发明工作状态指示单元和电源为公知技术。其它未详细描述的技术部分均为公知技术。

本发明的实质内容广义地定义在权利要求范围中，任何他人所完成的技术实体或方法，若其与权利要求定义相同，或为一种等效的变更，均将被视为涵盖于本专利权利要求中。