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一、引言
　　隨著我國玻璃工業(yè)的快速發(fā)展，市場對高質(zhì)量高性能玻璃需求越來越大，因此高水平優(yōu)良浮法玻璃生產(chǎn)線近幾年建設(shè)比重加大，優(yōu)良浮法玻璃生產(chǎn)線對生產(chǎn)過程控制及熱工檢測設(shè)備都提出了很高的要求。特別是浮法玻璃生產(chǎn)線熔窯、錫槽、退火窯三大熱工設(shè)備溫度控制及溫度檢測技術(shù)需再提高一步，在控制策略及溫度檢測手段上精益求精。為此，紅外測溫儀作為溫度檢測產(chǎn)品的儀器設(shè)備在優(yōu)良浮法玻璃生產(chǎn)線獲得極大普及和廣泛應(yīng)用。從玻璃熔窯到錫槽，從退火窯到冷端，不同的溫度段，都有不同溫區(qū)的紅外測溫儀在監(jiān)視玻璃液及玻璃帶各部位的溫度。以紅外測溫儀取代一些熱電偶有助于消除以空間溫度間接代表玻璃液或玻璃帶實(shí)體溫度的弊端。以下是筆者通過對紅外測溫儀設(shè)計(jì)選型及應(yīng)用過程中的體會(huì)，淺析其在浮法玻璃生產(chǎn)線應(yīng)用的幾個(gè)問題。
二、紅外測溫儀系統(tǒng)簡介
1、紅外測溫儀的基本特征
　　紅外測溫儀是現(xiàn)代光機(jī)電技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。紅外測溫儀測量溫度時(shí)無需與被測物實(shí)體表面直接接觸。被測物體根據(jù)其溫度放射出紅外線，紅外測溫儀可接受被測物體放射出的紅外線，通過它的光學(xué)系統(tǒng)-----透鏡、反射鏡或光纖系統(tǒng)，在紅外探測器的作用下把紅外能量變成電信號(hào)，用模擬電路或單片機(jī)電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大、濾波、發(fā)射率修正、響應(yīng)時(shí)間調(diào)整、峰值保持功能、相敏檢波、線性化、數(shù)字顯示、標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出等，通過信號(hào)處理器可顯示其溫度，亦可與DCS或智能儀表相連，進(jìn)行溫度顯示或溫度控制。紅外測溫儀按類型可分為紅外點(diǎn)式測溫儀和紅外掃描測溫儀，根據(jù)工藝需要可靈活選用。紅外測溫儀可快速測量遠(yuǎn)處物體、運(yùn)動(dòng)中的物體的溫度和測量低熱容量的物體溫度，對浮法玻璃生產(chǎn)線玻璃液及玻璃帶的溫度連續(xù)非接觸測量尤為適用。
2、測量玻璃表面溫度的重要手段
　　熱電偶和紅外測溫儀是玻璃生產(chǎn)中測量溫度的主要手段。他們之間的區(qū)別，紅外測溫儀測量的是玻璃液和玻璃板直接的表面溫度，而熱電偶測量的是熔窯、錫槽和退火窯空間的溫度，絕大部分是窯或錫槽頂部的溫度。熱電偶是根據(jù)“熱平衡”的原理，在玻璃窯中通過保護(hù)管傳熱來測量溫度。隨著工作時(shí)間的增加，熱電偶會(huì)發(fā)生物理和化學(xué)變化，以及空間環(huán)境的變化從而導(dǎo)致熱電偶測溫不準(zhǔn)，另外熱電偶陶瓷或金屬外殼容易損壞和腐蝕，要經(jīng)常更換，使生產(chǎn)成本增加。
　　紅外測溫儀的響應(yīng)時(shí)間很快，在0.01~~ 1秒以上可調(diào)，由于紅外測溫儀的保護(hù)裝置嚴(yán)密而靈活，在空氣吹掃器和水冷套的保護(hù)下，知名品牌的紅外測溫儀使用期限在2個(gè)浮法窯期以上，它安裝簡單靈活，4-20毫安線性輸出，便于與DCS連接和控制。
　　熱電偶在玻璃生產(chǎn)線三大熱工的安裝位置，紅外測溫儀大部分都可以替代。而測量熔窯內(nèi)玻璃液溫度及錫槽、退火窯、冷端玻璃板表面溫度等位置，熱電偶是無法代替紅外測溫儀顯示溫度的。熱電偶僅可點(diǎn)式測溫，而紅外掃描測溫儀可在退火窯對整個(gè)板寬方向的玻璃帶溫度進(jìn)行掃描連續(xù)測量，為工藝人員提供橫向玻璃帶連續(xù)溫度。從采購成本上看，玻璃生產(chǎn)線為連續(xù)性生產(chǎn)，一但投產(chǎn)要連續(xù)運(yùn)行8-12年才進(jìn)行停窯冷修，使用穩(wěn)定可靠的紅外測溫儀，比使用要經(jīng)常更換的熱電偶長遠(yuǎn)看要經(jīng)濟(jì)得多。
三、紅外測溫儀在浮法線實(shí)際應(yīng)用
　　在我國優(yōu)良浮法玻璃生產(chǎn)線中，紅外測溫儀主要應(yīng)用在玻璃熔窯、錫槽、退火窯和冷端玻璃板測溫系統(tǒng)中。
1、玻璃熔窯的紅外測溫
　　玻璃熔窯是浮法生產(chǎn)線的心臟，配合料在熔窯內(nèi)經(jīng)高溫熔化、澄清、均化、冷卻后形成合格的玻璃液由流液道進(jìn)入錫槽。熔窯能否熔化形成高質(zhì)量的玻璃液，熔窯各部位的溫度控制至關(guān)重要。熔窯各部位空間溫度的測量可以以熱電偶為主，高溫玻璃液溫度的測量只有采用紅外測溫儀，玻璃液體的溫度在熔窯內(nèi)可達(dá)1500~1600℃，因?yàn)槲覀冃枰獧z測的是玻璃液內(nèi)的溫度而不只是表面的溫度，所以選擇波長在1微米的高溫測溫儀，可測到300毫米處的玻璃液的溫度，它反映的是玻璃液表面到300毫米深度的平均溫度。熔窯溫度的測量，以紅外光纖測溫儀為適合，一般安裝在碹頂、卡脖前一米胸墻處、流液道頂部等位置。光纖測溫儀可在200--300℃的環(huán)境內(nèi)工作。光纖是測溫儀光學(xué)系統(tǒng)的延伸，它不需要水冷卻，采用壓縮空氣吹掃鏡頭冷卻，通過窺視管阻止熔窯火焰、熱氣對光纖探頭的干擾，使測溫儀能夠在高溫環(huán)境下正常工作。
　　值得一提的是光纖測溫儀電子處理模塊的配置有2種設(shè)計(jì)類型。一種是電子處理模塊直接連接光纖的一體化模式，這樣很容易受到高溫和環(huán)境干擾，造成溫度不穩(wěn)定和操作上的不方便。另一種類型則是采用如圖1所示的連接模式。
探頭→光纖→光電轉(zhuǎn)換器→信號(hào)處理模塊
圖1? 光纖測溫儀分體連接模式
　　分體連接模式中信號(hào)處理模塊可放在中控室儀表盤內(nèi)調(diào)整，環(huán)境溫度適宜，安全而穩(wěn)定，而且可以很簡單地進(jìn)行儀器的校準(zhǔn)工作。筆者建議采用分體連接模式。在碹頂和流液道上使用光纖測溫儀，如果安裝正確，空氣吹掃正常工作，其使用壽命遠(yuǎn)高于熱電偶。如圖2所示。
 

 

 

 

圖2? 紅外測溫儀熔窯測溫示意
　　小碹口（胸墻）和看火觀測口的溫度測量，由于爐內(nèi)火焰燃燒系統(tǒng)周期換向影響，選用透鏡式帶瞄準(zhǔn)的紅外測溫探頭，比光纖測溫儀效果要好。主要是它便于瞄準(zhǔn)和調(diào)試。在便攜測溫方面，由于光學(xué)高溫計(jì)沒有數(shù)字顯示，反應(yīng)慢，易受人為主觀影響，精度不高，故選用帶調(diào)焦、可瞄準(zhǔn)的便攜式紅外測溫儀替代目前一些企業(yè)使用的光學(xué)高溫計(jì)更是大趨勢。帶調(diào)焦瞄準(zhǔn)的便攜式紅外測溫儀，測溫范圍在600—3000℃，性能穩(wěn)定可靠，測量精度高，能同時(shí)觀測到目標(biāo)和測量顯示出目標(biāo)的溫度值，并可存儲(chǔ)500---1000個(gè)測溫?cái)?shù)據(jù)。目前被很多企業(yè)窯頭看火工段選用。
2、錫槽的紅外測溫
　　錫槽是浮法玻璃生產(chǎn)線的核心成形設(shè)備。溫度約1100℃的玻璃液從流液道流入錫槽內(nèi)的錫液面上，隨即自然攤平、展開，并經(jīng)機(jī)械拉引、擋邊和拉邊機(jī)的控制，形成所要求的寬度和厚度的玻璃帶，并在行進(jìn)中逐漸冷卻至600℃左右時(shí)離開錫槽。整個(gè)錫槽內(nèi)玻璃板的溫度檢測及控制對生產(chǎn)高質(zhì)量玻璃是非常重要的。當(dāng)玻璃在錫槽內(nèi)成形時(shí)只有幾毫米厚度時(shí)，選擇在4.8---5.2微米波長的紅外測溫儀是需要的。這個(gè)波長范圍的紅外測溫儀，只測玻璃表面的淺層溫度，不受玻璃下面錫液溫度的影響。
　　過去采用從錫槽頂部插入熱電偶進(jìn)入槽內(nèi)空間測溫，用空間溫度推算出玻璃板溫度，這樣人為和經(jīng)驗(yàn)因素加入較多。一些玻璃公司從國外引進(jìn)的浮法線錫槽，從錫槽入口開始，紅外測溫點(diǎn)在三十多個(gè)以上，有的用紅外測溫儀完全替代了熱電偶，這可以看出國外錫槽測溫選型設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和趨勢。在國內(nèi)浮法玻璃線上一般設(shè)置4~6套紅外測溫儀，安裝在錫槽入口及出口處。近年來越來越多的紅外測溫儀應(yīng)用在國內(nèi)優(yōu)良浮法玻璃線上，在錫槽入口、出口、部分拉邊機(jī)區(qū)安裝約10套左右用于溫度測量。
　　錫槽采用紅外測溫儀普遍的是在出口三個(gè)區(qū)。通常選用3套測溫儀并排安裝，此時(shí)成形的玻璃板中間溫度約為620℃，兩側(cè)約為618℃上下。國內(nèi)絕大多數(shù)浮法玻璃生產(chǎn)線，都在這個(gè)位置安裝紅外測溫儀，以檢測錫槽出口成形玻璃板的溫度及橫向溫差。
3、玻璃退火窯的紅外測溫和紅外掃描測溫
　　目前紅外測溫儀在國內(nèi)外浮法玻璃生產(chǎn)線退火窯上使用量多。為掌握退火窯各區(qū)玻璃板的表面溫度及控制橫向溫差，幾乎在大多數(shù)的區(qū)域都有使用。目前國內(nèi)浮法線絕大多數(shù)采用點(diǎn)式測溫儀，每個(gè)區(qū)域測溫儀的使用數(shù)量在1~7臺(tái)之間。主要有A區(qū)入口、A區(qū)出口、B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)、D區(qū)和F區(qū)出口?？偣舶惭b數(shù)量有的多達(dá)35—40套。測溫儀的測溫范圍從600℃到環(huán)境（室溫）溫度分段安裝顯示。由于測溫儀的一致性、重復(fù)性的精度差別，多臺(tái)測溫儀的“校準(zhǔn)”問題成為要點(diǎn)。調(diào)試好以后橫向多臺(tái)紅外測溫儀之間的溫差應(yīng)在1---3℃之間。因此精度高、功能強(qiáng)的紅外掃描測溫儀在國外已廣泛使用。國內(nèi)幾條優(yōu)良或特種浮法玻璃生產(chǎn)線也已經(jīng)開始使用紅外掃描測溫儀。
　　紅外掃描測溫儀是采用單一的測量系統(tǒng)，由光機(jī)掃描實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫（每次可掃描5000個(gè)點(diǎn)的溫度，每秒掃描10次或更多次），并每次測量之前都進(jìn)行一次“自動(dòng)校準(zhǔn)”，保證了測量的一致性和測溫的準(zhǔn)確性。它的溫度范圍在35℃~~1200℃（分段），在浮法玻璃退火窯的安裝配置是：A區(qū)入口一臺(tái)、A區(qū)、B1區(qū)、B2區(qū)、C區(qū)出口各一臺(tái)。如圖3所示。根據(jù)需要，亦可安裝1~3臺(tái)。

 

 

 

 

 

 

　　紅外掃描儀的測溫軟件是國外公司專門為浮法退火窯溫度檢測及控制開發(fā)的，軟件采用WINDOWS2000/XP視窗操作系統(tǒng)?？稍谝慌_(tái)PC機(jī)上瀏覽1~5臺(tái)掃描儀，同時(shí)觀察5處溫度曲線便可以了解玻璃的冷卻趨勢。如圖4所示。除了實(shí)時(shí)的溫度曲線外，軟件還提供了二維彩色溫度圖。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖4?? 退火窯整個(gè)玻璃板寬溫度曲線
　　軟件可沿浮法玻璃寬度方向劃分1~10個(gè)測量帶，每條測量帶的寬度和間距是可調(diào)的，可與冷卻風(fēng)管及兩邊的電加熱器相匹配。每條測量帶有獨(dú)立的線性信號(hào)輸出，作為冷卻或加熱的閉環(huán)控制信號(hào)。每條帶可設(shè)置獨(dú)立的高低溫度超限報(bào)警和破損報(bào)警，提醒操作者及時(shí)處理出現(xiàn)的問題。
　　軟件還具有自動(dòng)存檔功能，存儲(chǔ)的圖象可作為以后生產(chǎn)的參考，這對特殊玻璃的生產(chǎn)尤為重要。軟件還提供了玻璃板邊棱的位置、寬度和兩個(gè)邊棱溫度等信息。
　　除了上述功能外，軟件還具有邊棱兩邊跟蹤或中心線跟蹤（適應(yīng)玻璃板寬度變化或橫向移動(dòng)）、圖象比較、圖象相減溫差圖、X-Y溫度曲線、一個(gè)時(shí)間段內(nèi)曲線疊加和歷史趨勢……等更多內(nèi)容。
掃描測溫儀在安裝時(shí)應(yīng)特別注意，掃描測溫儀通常安裝在玻璃板和退火窯的正上方，需要加水冷套、空氣吹掃器和防護(hù)閘門（在窯上），以阻止熱氣流和熱輻射使掃描探頭過熱和腐蝕，安裝高度應(yīng)為玻璃板寬度的二分之一以上，在三分之二以上，如玻璃板板寬為四米，應(yīng)安裝在兩米以上高度。掃描角度保持在90°以內(nèi)，考慮在60°左右為宜。
　　在我國優(yōu)良浮法玻璃線中，目前已有幾條超白超厚生產(chǎn)線、超薄生產(chǎn)線、Low-E玻璃生產(chǎn)線、汽車玻璃原片生產(chǎn)線以及汽車玻璃加工生產(chǎn)線使用紅外掃描測溫儀，為玻璃質(zhì)量控制提供了更多的穩(wěn)定可靠的測溫及控制手段。隨著我國玻璃工業(yè)向著優(yōu)良的目標(biāo)發(fā)展，紅外掃描測溫儀一定會(huì)更加廣泛地使用。
四、采用紅外測溫儀應(yīng)注意的幾個(gè)問題
1、測溫范圍選擇
　　在紅外測溫儀測溫范圍的設(shè)計(jì)選擇中，應(yīng)注意紅外測溫儀的測溫溫區(qū)應(yīng)以滿足玻璃工藝溫度的要求為準(zhǔn)，不宜過寬，以避免增加造價(jià)。特別是如果測溫范圍過寬會(huì)降低測溫范圍低溫部分的精度和整體精度。由于浮法玻璃生產(chǎn)線紅外測溫點(diǎn)都是固定位置安裝，測溫溫區(qū)相對固定，應(yīng)選擇窄溫區(qū)的測溫儀，溫區(qū)過寬實(shí)際效果不好，會(huì)使溫度分辨率降低。
2、測溫精度和重復(fù)性
　　紅外測溫儀的精度是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量黑體爐的精度，并不代表現(xiàn)場實(shí)測精度。在浮法玻璃生產(chǎn)線現(xiàn)場煙霧、水汽、火焰的干擾所造成的溫差很大，這時(shí)過分強(qiáng)調(diào)測溫儀標(biāo)定的精度意義不大。在玻璃生產(chǎn)線實(shí)際測溫及自動(dòng)控制過程中，測溫儀的重復(fù)性精度更顯重要。重復(fù)性是指測溫儀在一定時(shí)間內(nèi)測量同一目標(biāo)，同一溫度讀數(shù)的均方差。這個(gè)指標(biāo)的質(zhì)量取決于測溫間隔時(shí)間的長短，時(shí)間越長，質(zhì)量越好。對于浮法玻璃生產(chǎn)線的錫槽和退火窯，重復(fù)性尤其重要，在實(shí)際應(yīng)用中可以將同一區(qū)域、同排安裝的幾臺(tái)測溫儀相互更換，比對溫度的變化，以檢測和調(diào)校它們的一致性和重復(fù)性精度。紅外測溫儀的一致性越高，穩(wěn)定顯示的溫度時(shí)間越長，其質(zhì)量越好。
3、防電磁場干擾
　　在浮法玻璃生產(chǎn)線上變壓器、調(diào)功器及UPS電源使用眾多，現(xiàn)場存在各種電磁干擾及諧波，因此紅外測溫儀設(shè)計(jì)中應(yīng)采用UPS電源供電，連接電纜應(yīng)采用屏蔽電纜。測溫儀電纜線要對照接線圖正確安裝接線，應(yīng)反復(fù)檢查相線、零線、地線的連接是否正確，電纜線屏蔽層應(yīng)單端接地，另一端浮空。很大地減少電磁場的干擾，提高紅外測溫儀的精度。
4、水冷套、吹掃器和窺視管等應(yīng)安裝規(guī)范
　　測溫儀的水冷套冷卻水源以軟化水和一般自來水為好，采用軟化水。水質(zhì)不好時(shí)要經(jīng)常清理，以防堵塞冷卻水管路。冷卻水流速一般為75升/小時(shí)，壓力為5.1巴。冷卻水管應(yīng)設(shè)流量溫度開關(guān)，斷水或溫升異常時(shí)報(bào)警，報(bào)警信號(hào)引進(jìn)中控室DCS系統(tǒng)。
空氣吹掃器的氣源一定使用清潔干燥的空氣或者壓縮空氣，氣流流速為0.17立方米/分鐘。有少數(shù)廠家對氣源不夠重視，使用帶油污、潮濕的吹掃用氣，對測溫儀的鏡頭造成了污染，極大影響了測溫儀的精度，這是安裝過程，特別是在使用過程中一定要避免的情況。儀表用壓縮空氣要求全部為除油、除水的干燥空氣，故選用一臺(tái)效率除油器和集裝式微加熱再生干燥器，經(jīng)其處理過的壓縮空氣即可滿足使用要求。
　　紅外測溫儀光纖探頭通常加窺視管，并通入壓縮空氣，以阻止火焰進(jìn)入管內(nèi)。錫槽和退火窯的窺視管應(yīng)插入窯內(nèi)，窺視管的直徑應(yīng)符合測溫儀距離系數(shù)的要求大于測斑直徑，以避免附近其它電氣及加熱設(shè)備的阻擋和干擾。
在紅外測溫儀使用過程中，應(yīng)加強(qiáng)維護(hù)和保養(yǎng)以提高測溫儀的精度。應(yīng)定期檢查測溫探頭是否對準(zhǔn)被測的玻璃板表面，檢查水冷系統(tǒng)、吹掃器是否正常，檢查電纜線接插件是否完好。測溫儀的探　　頭要經(jīng)常用酒精擦拭，以保證紅外測溫儀在玻璃生產(chǎn)線的正常工作及良好精度。
五、結(jié)束語
　　隨著紅外測溫儀越來越多的應(yīng)用到浮法玻璃生產(chǎn)線中，為優(yōu)良浮法玻璃生產(chǎn)提供了真實(shí)有效高精度的溫度測量手段。但紅外測溫儀設(shè)備作為提高生產(chǎn)操作水平的檢測儀表，需要有一支優(yōu)良的工程技術(shù)人員隊(duì)伍進(jìn)行正確安裝、使用和維護(hù)。通過近幾年的工程現(xiàn)場實(shí)踐證明，企業(yè)技術(shù)人員只要認(rèn)真閱讀紅外測溫儀的隨機(jī)安裝使用說明書，都可以安裝調(diào)試好浮法玻璃線上的紅外測溫儀，并進(jìn)行正常的維護(hù)工作。
　　紅外測溫儀等電氣儀表設(shè)備，立足于國內(nèi)渠道采購已經(jīng)獲得幾乎全部廠家的認(rèn)可。國外知名的紅外測溫儀公司都在國內(nèi)設(shè)有類似“4S店”的代理銷售商。盡量減少國外玻璃設(shè)備代理商的國際成套，通過國內(nèi)代理商，購置紅外測溫儀便于安裝指導(dǎo)調(diào)試，跟蹤服務(wù)，售后維修。
隨著浮法玻璃生產(chǎn)線技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品亦向著好的發(fā)展，紅外測溫儀特別是紅外掃描測溫儀產(chǎn)品會(huì)獲得更加廣泛的普及應(yīng)用。