两端存在温差时。其两端可产生电动势差。并且，该
电动势和温差基本上成线性关系，因此可用热电偶
来测量温度．本系统中将热电偶的一端置为固定温 度，如Ｏ℃，于是该热电偶的电动势就是另一端的电
圈１热电儡工作原曩
收稿日期：２００７—１１—２０
—３０一 万方数据
压值。热电偶模型如图ｌ所示。 ． 由斯特著一波尔兹曼定律可知．
今依然采用消耗型快速热电偶人工间断式测量钢水温度。
钢水连续测温的困难在于，一方面钢水介质温度高，氧化性强，表面渣层侵蚀严重且有
冲刷，测温现场环境恶劣，另一方面要求测量精度高、可靠性高和成本低。
本论文的前期工作基础是：已提出黑体空腔中间包钢水连续测温方法
；研制出黑体空腔传感器及测量系统；提出了腔体不等温系数概念并建立了在线黑体空腔理论。
２基本原理
黑体：黑体是一种假设，实际并不存在，它能够完全吸收一切外来的电磁辐射，本文将
冶煤炉上开的小孔近似为理想黑体。
黑体辐出度：它是指从温度为Ｔ的黑体上，在单位时间单位面积上辐射出的所有的电
磁辐射能量的总和，简称辐出度。在本系统中，用热电偶来接收黑体辐射出的能量，以建
立一个热一电转换器。
热电偶：它是由不同材质的金属构成，当金属
冶炼炉是一个高温系统，假定在冶炼炉上开的一个小孔为理想黑体，本系统如图３。 把这个小孔作为处理的基本对象，从小孔发射出的光通过光路选择系统（这一部分可由透 镜、平行光管、分光镜等部分组成）进行处理。将一定频带的光照射在热电偶的工作端。由 于“标识色”是一个复合光．它包含一定的频谱范围。所以使用光路选择系统将该部分的光 选择出来以供测量，照射到热电偶上以后，热电偶将热能转换为电能。对于电信号．处理起 来就比较容易了。
这样，从设计思路上巧妙地避计了对冶炼炉温度的直接测量：一个简单的闭环温度控
制系统基本形成。其工作原理如下所述：
首先。从热电偶上获得的微弱电动势信号通过运算放大器进行放大，放大倍数可以根
据实际情况确定。一般选用高精度的运放以提高精度减小误差。将放大后的电压信号通
过ＡＤ转换器，转换为处理器能够识别的数字信号。微控制器可以选择通用的５ｌ系列。也
同的电压值对应的金属镍的品质因数，将这些测试出的数据存人处理器的ＲＡＭ中作为将
来判断出炉时间的依据。
温度控制环节可采用工业常用的ＰＩＤ控制算法。因为当温度过高辐出度会随着温度
的变化而剧烈变化（辐出度和温度的四次分成正比），温度控制环节可采采用工业常用的
ＰＩＤ控制算法．由于温度不会发生骤变，但辐出度会随着温度升高而发生剧烈的变化，可
ｄｏｓｅｄ一】唧ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｅｌｅｃ在Ｄｍｏａｖｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．ＴｈｒＤＩＩｇＩＩ ａ ｍｉｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｔｏ ｆｏｒｍ Ｂ
ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｆｅｅ曲ａｃｋ．ｔＯ ｆｏｒｍ ａ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．
大学物理实验 PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE 2008，21(1) 0次
参考文献(2条) 1.赵志芳 大学物理实验 2.李元春 计算机控制系统
相似文献(10条)
1.期刊论文 张景异 黑体炉精度的实验研究 -重庆工学院学报2003,17(2)
测量了不带盖圆筒形黑体空腔黑体炉在400～800℃温域内的温度分布,根据测量结果,对其黑体空腔的有效发射率分布进行了计算.划分了黑体炉中温 域的精度等级,结果表明在400～800℃较低温度范围内,不带盖圆筒形黑体炉的精度在0.02～0.03级之间.
肘（ｒ）＝』ｆ＾毛西＝口ｒ 其中口为波尔兹曼常量口＝５．６７０×ｌＯ．‘形·ｍ。２后“
由维恩位移定律可知．当温度升高时起峰值被长Ａ．向短波方向移动，如图２
Ａ．ｒ＝０
。
（２）
其中ｂ为常量。ｂ＝２．８９８ｘ ｉＯ。ｍ·｜｜｝
根据热电偶测温原理，可以知道热电偶上·
的电动势和温度成线性关系
Ｅ＝七×△Ｔ＋ｐ
（３）
可以根据实际情况选用功能更强的单片机。微控制器收到信号后，进行判断看是否达到
出炉时间，若到了出炉时间，则发出警告，通知操作人员进行出炉准备，否则，就去控制温
度控制器，选择是否继续加温。
．
该自动控制系统的一个重要环节就是确定出炉时的电压值。那么出炉时的参考电压
应该是多少呢？本系统将通过离散化模拟量，逐渐逼近出炉电压。在系统工作之前，需要
ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔＯ ｔｈａｔ ｉｄｅａｌ ｂｌａｃｋｂｏｄｙ，Ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ ｔＩＩｒ口ｕｇＩＩ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈｏｏｓｅ ｓｙｓｔｅｍ。
ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｉｇｒＩａｌ ｉｎ ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐｌｅ ＷａＳ ｍａｇｎｉｆｉｅｄ ｂｙ ｓｉ５Ⅲａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
·
参考文献
［ｉ】赵志芳主编．大学物理实．验．清华大学出版社 ［２】李元春．计算机控制系统．高等教育出版社
ＴＨＥ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ ０Ｆ ＢＬＡＣＫＢＯＤＹ ＲＡＤＬ虹ＩＯＮ ＩＮ ＴＨＥ Ｍ匝ＴＡＬ Ｎｉ ＳＭ匝ＬＴＤｉＧ Ｄ『ＤＵＳＴＲｍＳ
Ｃｈｅｎ Ｃｈｕｎｄｅｎｇ．Ｗａｎｇ Ｌｉｎａｎ ｔａｎｇ Ｃｈｅｎｇ
第２ｌ卷第１期 ２００８年３月出版
．大学物理实验·’
ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＯＦ ＣＯＵＪ｝ＣＥ
文章缩号：１００７—２９３４｛２００８）０１—００３０—０４
¨．２１ Ｎｏ．１
Ｍ盯．２瞄
黑体辐射在工业冶炼金属镍中的应用
陈春登 王丽南 朗 成
（吉林化工学院，古林，１３２０２２）
摘要本文主要介绍一种金属镍出炉时同的自动控制方法。在冶镍炉上开一个小
其中．｜｝、卢都是常数，对给定材料的热电偶
ｊＩ、卢都是确定的。而物体由于温度升高
而获得的能量由下式给出，
口＝Ｃ·ｍ·Ａ ｒ
（４）
其中Ｑ是物体吸收或者释放的能量，Ｃ 是比热，ｍ是物体的质量，△ｒ是由于吸
收或者是释放能量以后的温度变化量。
考虑黑体的面积ｓ和对热电偶的辐射对 问ｔ。由以上四式可以得出如下的电动势
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｂ／ａｃｋｂｏｄｙ；ｔｈｅｒｍｏｃｏｕｐＩｅ；ＳＣＭ；ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｕｖｌ；Ⅳｉ ｓｍｅｌｔｉｎｇ／ｎｄｕｓ时
万方数据
一３３—
黑体辐射在工业冶炼金属镍中的应用
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
陈春登， 王丽南， 朗成， Chen Chundeng， Wang Linan， Lang Cheng 吉林化工学院,吉林,132022
孔，近似认为是理想黑体，通过光路选择系统将辐射出的光照射在热电偶上，然后将热
电偶上的电压信号用运算放大器放大，司ｆ以获得温度和电动势之问的关系。通过一个
微控制器形成一个闭环的测温和反馈系统，以构成一个实时的控制系统。
关键词黑体、热电偶、单片机、自动控制、工业冶镍
中圈分类号：０４—３３
文献标识码：Ａ
１ 引言
(3)建立了黑体空腔钢水温度连续测量系统的精度方程：从材料发射率变化、钢水液位波
动这两个主要因素研究了黑体空腔钢水温度连续传感器的精度，从理论分析上得出黑体空腔传感器本身测量精度≤1.1℃这一重要结论。这一工作证明
，低成本的空芯管(黑体空腔钢水连续测温传感器)比昂贵的工业用双铂铑热电偶传感器(误差±4℃)具有更高测量准确性。该工作作为黑体空腔传感器测
初始化处理器，所需数据应该来自人工测试，这项工作可以让有经验的操作人员来处理。
当炉火出现“标识色”时。系统并不是根据这个颜色来决定出炉时间，而是在这个“标识色”
附近取若干个离散的点进行测试，比如Ⅳ取５０，即是在出现“标识色”的前取４５个点，后
取５个点分别取出样品，测试金属镍的品质，并以此形成数据表格，这张表格上记录着不
工业上冶炼金属镍。出炉时间极难控制，主要是因为出炉时间直接影响着金属镲的质 量和品质。传统上判断出炉时间只能依靠经验，有经验的工人师傅发现炉火为“孔雀蓝” （以后称标识色）时，即是出炉的最好时机。但不同的人之间存在色差，即便是同一种颜 色，不同的人也会有不同的感觉。准确把握出炉时间便成为冶炼技术中的难题。为了精确 和自动地控制金属镍的出炉时间，本文提出了一种实施方法。
2.学位论文 次英 黑体空腔中间包钢水连续测温传感器准确性与实用性研究 2006
钢水温度连续测量多年来一直是冶金生产上未能很好解决的难题。
上世纪60年代以后消耗型快速热电偶逐渐完善并成为测量钢水温度的标准
技术。其贡献在于实现了对钢水温度的测量，成本低和实用性强。不足是：误差较大；艺
圈２为对曩体的辐出度按渡长分布曲终
Ｅ和波长Ａ。之间的关系，
·
Ｅ＝筹·（三）‘＋Ｊ９ ’
Ｌｍ
＿
’
二旦系统的相关材料确定了，则！警为一常量。令它为口．则有，
（５）Ａ
‘，
’’
７
Ｉ
Ｅ＝ａ＇ｔ（击）４＋Ｊ９
（６）
一－
通过斯特穆一波尔兹曼定律和维恩位移定律建立了热电偶上电动势Ｅ和波长Ａ．之间的
关系。
气 暮圣泰工作厦理
运算放大器将热电偶上的微弱的电压信号进行放大，仰转换器将模拟信号转换为
数字信号供微处理器进行使用。微控制器负贡控制温度控制器和报警模块，以实时监控 出炉预警和温度控制器。
万方数据
一３ｌ一
‘
２
７
６
５
４
１冶炼炉２光路选择系统３热电偶４运算放大器
５＾Ｄ转换器６微控制器７报警模块８沮度控制器
圈３系统工作原理框图
Carlo方法分析了黑体空腔传感器的辐射特性，研究了腔体材料发射率和腔体结构对腔体辐射特性的影响。