玻璃行业中的非接触式测温技术

玻璃行业中的非接触式测温技术在所有工业领域，温度测量是其中一种重要的物理测量方式。同样在玻璃工业这也是生产工艺过程控制的必要手段。
非接触式测温因其下列优点正不断地受到重视：
- 操作简单
- 响应时间快
- 不会老化，漂移最小
- 配置灵活，价格合理
- 不会污染玻璃溶液
在玻璃工业中需对透明及不透明的物体进行测温。不透明的物体包括模具，穹顶及玻璃熔炼炉的侧壁。这篇文章对玻璃行业测温的特殊性作了简要的描述。它描述了玻璃表面温度，玻璃内部温度的确定以及测温仪在玻璃行业的其他应用。IMPAC公司在非接触式测温领域拥有40多年的经验，在玻璃行业的非接触式测温具有特别丰富的经验。
1. 玻璃作为非接触式测温的被测物体

玻璃是透明的可见物，其光谱在近红外光谱范围之内，它的发射率与波长和玻璃的厚度有关。显示了窗玻璃的发射率及辅射率。当光谱范围在5～8μm之间时，它的发射率最高，因此玻璃的温度在这个范围可以可靠测得。测量值符合玻璃的表面温度，与玻璃的厚度无关，在这个范围而且也基本没有辐射出现。为了避免测量受到周围环境空气的影响，测温仪只采用很窄的红外光谱带。高质量的测温仪只在这个所谓环境窗的光谱范围工作，因为那里不会因为空气湿度或碳氧化物引起对红外射线的吸收，这样就避免了因空气湿度或测量距离的改变而造成测温误差。
窄带范围5（约5μm）用来测量表面的温度。IMPAC所有用于这一特殊的测温任务的测温仪都在5.14μm的光谱范围工作，因为在这个区域燃烧火头的热废气不会影响到测量值。

对于其他的应用范围，需要测量玻璃内部的温度，因为接近表面的玻璃层受对流的影响很大。这里需要测量的是熔化后的玻璃，就需要使用在近红外光范围的测温仪。这里可以使用硅或者INGAAS。他们的光谱敏感度在图2所示的环境窗的1和2。因为在不同的波长所达到的渗透深度也不同，测温仪的选择就取决于玻璃的层厚。SI的探测器所达到的渗透深度在窗玻璃为约190mm，IGA探测器可以达到290mm。另外这些深度值还和玻璃的成分有关。大约4mm的小的渗透深度在红外光谱范围4可以达到（IN 5/4 plus， IE 20/39）。
2.玻璃熔炉，工作槽和喂料器

非接触式测温技术在玻璃熔炉，熔化槽和玻璃喂料器越来越多地取代传统的热电偶测温.热电偶与测温仪相比在很高的工作温度和侵蚀性的环境条件下很快就会老化和漂移，为了保护热电偶，有些地方需要用铂金属做保护外壳，这样成本就会上升许多。

专门用于这一领域，IMPAC开发了一种测温仪，不需要冷却系统在环境温度达到250℃时也能工作，通过使用光纤高温计，可以显著地降低安装及运行费用，光纤可通过牢固的不锈钢外壳保护，最长可以达到30米。所需的安装附件如安装支角，空气清扫器，视管（直到1200℃均可使用），开式或闭式的不同长度的陶瓷管（最大可用到1800℃）也可以作为标准配件一起供货。
两种不同的型号可以选择，它们都是精度很高的数字式测温仪。IS 50 – LO /GL是为双线制技术简单电气安装而制作的，IS5-LO/GL除了标准的模拟输出外还有RS232或RS485串行接口，便于多台仪器的现场总线连接及用PC机进行控制。
3.玻璃点滴的测量

原则上玻璃点滴的温度只有通过非接触式测温技术才能获得。由于节拍时间很短，就需要使用响应时间很快的测温仪，而且还必须能测量玻璃点滴的内部温度，因为玻璃的表面温度受环境条件影响很大，因此测量表面温度会不准确。玻璃的渗透深度是由测温仪的光谱范围确定的，在选择的时候要根据玻璃的种类和点滴的大小决定。通常情况下温度借助于最大数值储存器短时间保持并显示。
显示了ISQ5型数字式红外测温仪，带不锈钢冷却外罩，它测量的是在全自动玻璃瓶生产线中的点滴的玻璃内部温度，响应时间是10毫秒。
4.玻璃模具温度的测量

测量玻璃模具的温度也需要很快的响应时间，因为玻璃模具以很快的速度打开和关闭。因为这里所要测量的是金属物体的温度，因此测温仪的光谱灵敏度应该在短波红外范围，响应时间要在1至2毫秒之间。在这方面IMPAC公司都可以提供在线式或便携式测温仪，究竟选用哪一种需根据生产工艺决定。在线式采用IGA5或IGA120或便携式IGA8 plus 。测温范围在250 – 1300 ℃之间，为了对准被测物体该测温仪可选用激光导向灯或望远对准镜头。除了0 –20mA或者4-20mA的测量值输出外还可以选择串联接口（RS232或RS485），这样就可以通过电脑进行数据处理。该仪器还可以选择方便的安装支架和冷却外罩等。
5.平板玻璃生产中的温度测量

对于平板玻璃的测温我们也有合适的光谱范围在5μm的测温仪，也就是说只测量玻璃的表面温度。在平板玻璃的生产线中该测量方法被用在浮法池和冷却区。正如上面提到的，在这个光谱范围辐射率很低，这样热射线的辐射实际上对测量也不会、带来影响。
IMPAC 为该测温任务提供坚固型的双线制数字式测温仪IN5/5或者完全数字化的IN5/5 plus，该型号测温仪除了常见的模拟输出（0/4 –20mA）以外还可以通过串联接口实现数据总线。这里我们也可以提供便于安装及长期使用的附件，如冷却外罩，安装附件，空气或保护气清扫器等。
6. 玻璃再加工和灯泡生产

玻璃表面温度在灯泡生产、平板玻璃的折弯和退火及热烧成形过程中是令人感兴趣的过程参数。在这里温度的测量也应该与玻璃的厚度无关，因此也应该使用光谱灵敏度在5μm的测温仪。这里使用IN5/5或者IN5/5plus是比较合适的选择。通过选择三种不同的合适的镜头，测量光点可以达到较大或较小。

假如要求测温速度特别快的话，比如在玻璃弯曲炉中或玻壳生产线，IE120/51的响应时间只有10毫秒。另外还带有一个可聚焦的镜头，以便最佳适应测温任务。

对于小的加工设备的特殊应用（比如汽车灯泡的制造），就需要测温仪本身的尺寸很小，而且测量光点也要很小。；IN300/5的直径只有25毫米，长度为120毫米，是光谱范围在5.14μm的最小的测温仪，测量光点为2.5毫米。
便携式测温仪的应用
便携式测温仪主要在设备调试，生产工艺过程控制测量以及维修保养的时候使用。
IN15用来测量冷却区，涂层工艺以及寻找炉壁热渗透而使用。它的光谱范围是8 – 14μm，测温范围是-32 – 900 ℃。
IN 15/5在光谱范围5.14工作，因此150 – 1800℃之间的所有玻璃表面温度测量都可以使用。
所有的15系列测温仪都带有激光导向灯，用来准确地对准被测物体，选用聚焦镜头小至2.2毫米的物体也可以被测温。
IS8 plus和IGA 8 plus用来测量玻璃模具、玻璃喂料器或玻璃熔炉中的玻璃温度。它们的光谱范围在0.6和1.1及1.45至1.8um，测温范围在600和2500℃或者300 – 1300 ℃。