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金属平板表面温度标定方法

阅读：1022发布：2021-02-13

IPRDB可以提供金属平板表面温度标定方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种金属平板表面温度标定方法，该方法以恒温浴介质作为加热源，加热被测金属平板的一面，并且在此面安装多个直接接触式热敏元件测量被测金属平板的温度；在被测金属平板的另外一面则用非接触式的测温仪器测量被测金属平板表面温度；根据红外测温仪器的测温原理史蒂芬-波尔兹曼定律，测算出被测金属平板的表面发射率；其中史蒂芬-波尔兹曼定律为黑体的辐射能量W与其温度T的关系为W=ε*σ*T4，式中，波尔兹曼常数σ=5.67×10-8W/m².K4，T为被测物体的绝对温度，单位为K，ε为被测物体表面发射率。该方法简单、方便实现；且能准确测算出被测金属平板表面的发射率，以保证被测金属平板表面的测温准确。，下面是金属平板表面温度标定方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种金属平板表面温度标定方法，其特征在于：

该方法以恒温浴介质作为加热源，加热被测金属平板的一面，并且在此面安装多个直接接触式热敏元件测量被测金属平板的温度；在被测金属平板的另外一面则用非接触式的测温仪器测量被测金属平板表面温度；

根据红外测温仪器的测温原理史蒂芬-波尔兹曼定律，测算出被测金属平板的表面发4

射率；其中史蒂芬-波尔兹曼定律为黑体的辐射能量W与其温度T的关系为W=ε*σ*T，式-8 4中，波尔兹曼常数σ=5.67×10 W/m².K，T为被测物体的绝对温度，单位为K；ε为被测物体表面发射率。

2.根据权利要求1所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：具体步骤为：第一步：确定需要测量的金属平板的温度范围，根据温度范围确定标定的温度区间，制作金属平板表面温度标定系统以及确定金属平板表面温度标定系统的恒温浴介质；

所述的金属平板表面温度标定系统由恒温浴装置和温度测量装置组成，所述的恒温浴装置包括恒温浴箱，所述的恒温浴箱由底板和壁面组成，所述的壁面由恒温浴箱本体壁面和由被测金属平板做的一个壁面组成，所述的恒温浴箱内置有恒温浴介质，所述的恒温浴箱还包括有对恒温浴介质进行加热的加热元件；所述的温度测量装置包括非接触式的测温仪和直接接触式的热敏元件，所述的直接接触式的热敏元件置于恒温浴箱内，并安设在被测金属平板的内侧面上；所述的非接触式的测温仪安设在被测金属平板的外侧；

第二步：将恒温浴介质加热到被测金属平板需要标定的温度区间的某个标定点的温度值；

第三步：对金属平板温度进行测量，并计算出被测金属平板对应于第二步中某一设定温度值的表面发射率；

第四步：不断的重复上述第二步和第三步，得出需要标定的温度区间的各个标定点的温度值的对应的被测金属平板表面发射率。

3.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：第一步中确定标定的温度区间的具体步骤为：在需要测量的金属平板的温度范围内每隔20~100℃选一个标定点，保证标定点的间隔大于仪表测量误差的4~5倍。

4.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：当标定温度区间位于金属发生表面氧化的温度区域时，将金属平板表面温度标定系统置于充满保护气体的密闭空间内进行测量。

5.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：第二步中将恒温浴介质加热是从低温向高温逐渐进行加热，升温速率≤1℃/分钟；当恒温浴介质加热到设定温度点后，保持30min以上的温度恒定，并在温度恒定期间内不断检测恒温浴介质测温元件的读数跳动，当恒温浴介质测温元件的读数跳动幅度不高于恒温浴介质测温元件的测量精度时，认定为恒温浴介质的温度恒定，可进行第三步操作。

6.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：所述的恒温浴装置还包括有对恒温浴介质进行搅拌的搅拌器；

所述的温度测量装置还包括用于监测恒温浴介质温度的恒温浴介质测温元件；

在恒温浴介质被加热元件加热的过程中，搅拌器对恒温浴介质进行搅拌，以使整个恒温浴介质的温度均匀；

所述的加热元件为燃气加热元件和/或电加热元件。

7.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：第三步中对金属平板温度进行测量的具体步骤为：

（1）先将被测金属平板的内侧面划分为若干区域，区域数量为4个或4个以上；将多个直接接触式的热敏元件安设在被测金属平板的内侧面上，并使直接接触式的热敏元件置于每个区域的中心；将一台或一台以上的非接触式的测温仪安设在被测金属平板的外侧；

（2）直接接触式的热敏元件和非接触式的测温仪依次对每个区域进行温度测量，并记录两种仪表各自的测量值；

第三步中计算出被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率的具体步骤为：

4 4

（1）根据公式ε1* T1=ε0* T0，依次计算出每个区域的被测金属平板表面的发射率；

（2）剔除明显的被测金属平板表面的发射率坏值、然后求按各测量区域面积求加权平均值，加权平均值即为被测金属平板对应于第二步中某个温度标定点的表面发射率：（3）对该标定温度区间的表面发射率进行数学回归，通常采用线性回归或二次回归法。

8.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：在被测金属平板的外侧安设带观测孔的测量黑箱，测量黑箱通过金属板密封装置密封安设在被测金属平板上，所述的非接触式的测温仪安设在测量黑箱的观测孔上；

在测量黑箱内部，接近被测金属平板处，沿横向和纵向方向安设直径在1mm以下的标记用金属丝。

9.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：所述的恒温浴箱本体壁面上包覆有保温材料；

所述的恒温浴箱本体壁面的材质与被测金属平板的材质一样或者化学成分靠近。

10.根据权利要求2所述的金属平板表面温度标定方法，其特征在于：所述的被测金属平板的内侧面上设有直接接触式的热敏元件的安装孔，直接接触式的热敏元件直接插入安装孔中；

所述的恒温浴箱还包括有带排气孔的盖子。

说明书全文

金属平板表面温度标定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及冷轧金属板带热处理技术领域，尤其涉及在金属板带的热处理工艺中，用于标定光洁无氧化金属平板表面温度的方法，该方法可应用于冷轧金属热处理生产线，以及使用光洁表面金属平板进行实验研究和产品开发的领域。

背景技术

[0002] 随着各产业对高质量产品的需求不断增加，金属平板热处理的工艺要求也越来越严格。在热处理过程中，为了得到一定机械性能和良好表面特性的金属平板产品，需要将金属平板精确的加热或冷却到特定工艺温度点（或温度区间内），以保障金属平板的机械性能或表面质量在产品所要求的范围内。因此，我们需要保证仪表测得的金属平板表面温度的准确性。

[0003] 在连续性生产机组中，由于物料在连续运动中，无法对金属平板表面温度进行接触式测量，因此非接触式测量方式，如红外线成像等，就成了主要的在线测量手段。

[0004] 然而非接触测量方式受很多因素的干扰，如红外热像仪温度测量的准确性受被测物体表面的发射率、环境温度、大气温度、大气衰减率、太阳辐射等的影响,其中发射率的影响最为突出，直接进行测量的结果往往不准确。因此，我们需要在离线状态下，先用接触式的测量方式，对非接触式温度仪表需要准确测量的温度区间进行标定，即通过接触式温度仪表直接测量一组被测物质表面的温度，作为基准值，测算出该物质表面的实际发射率，从而保证该非接触仪表测量同样的金属物质表面温度时的准确性。

[0005] 物质表面的发射率不仅取决于物质的内在性质，同时还取决于物质表面的物理状态、光滑程度等，这些因素使得发射率的测量很复杂，而发射率数值的准确直接影响红外测温数据的准确性，所以如何确定被测物体表面的发射率已成为红外热像测温技术中的一个主要课题。

发明内容

[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、方便，能准确地对金属平板表面温度进行标定的方法。

[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种金属平板表面温度标定方法，
该方法以恒温浴介质作为加热源，加热被测金属平板的一面，并且在此面安装多个直接接触式热敏元件测量被测金属平板的温度；在被测金属平板的另外一面则用非接触式的测温仪器测量被测金属平板表面温度；
根据红外测温仪器的测温原理史蒂芬-波尔兹曼定律，测算出被测金属平板的表面发
4
射率；其中史蒂芬-波尔兹曼定律为黑体的辐射能量W与其温度T的关系为W=ε*σ*T，式-8 4
中，波尔兹曼常数σ=5.67×10 W/m².K，T为被测物体的绝对温度，单位为K；ε为被测物体表面发射率。

[0008] 按上述方案，所述的方法的具体步骤为：第一步：确定需要测量的金属平板的温度范围，根据温度范围确定标定的温度区间，制作金属平板表面温度标定系统以及确定金属平板表面温度标定系统的恒温浴介质；
所述的金属平板表面温度标定系统由恒温浴装置和温度测量装置组成，所述的恒温浴装置包括恒温浴箱，所述的恒温浴箱由底板和壁面组成，所述的壁面由恒温浴箱本体壁面和由被测金属平板做的一个壁面组成，所述的恒温浴箱内置有恒温浴介质，所述的恒温浴箱还包括有对恒温浴介质进行加热的加热元件；所述的温度测量装置包括非接触式的测温仪和直接接触式的热敏元件，所述的直接接触式的热敏元件置于恒温浴箱内，并安设在被测金属平板的内侧面上；所述的非接触式的测温仪安设在被测金属平板外侧的测量黑箱的观测孔上，并与平板保持适合测量的距离；
第二步：将恒温浴介质加热到被测金属平板需要标定的温度区间的某一设定温度值；
第三步：对金属平板温度进行测量，并计算出被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率；
第四步：不断的重复上述第二步和第三步，得出需要标定的温度区间的各个标定点的温度值对应的被测金属平板表面发射率。

[0009] 按上述方案，第一步中确定标定的温度区间的具体步骤为：在需要测量的金属平板的温度范围内每隔20~100℃选一个标定点，保证标定点的间隔大于仪表测量误差的4~5倍。

[0010] 按上述方案，当标定温度区间位于金属发生表面氧化的温度区域时，将金属平板表面温度标定系统置于充满保护气体的密闭空间内进行测量。

[0011] 按上述方案，第二步中将恒温浴介质加热是从低温向高温逐渐进行加热，升温速率≤1℃/分钟；当恒温浴介质加热到设定温度点后，保持30min以上的温度恒定，并在温度恒定期间内不断检测恒温浴介质测温元件的读数跳动，当恒温浴介质测温元件的读数跳动幅度不高于恒温浴介质测温元件的测量精度时，认定为恒温浴介质的温度恒定，可进行第三步操作。

[0012] 按上述方案，所述的恒温浴装置还包括有对恒温浴介质进行搅拌的搅拌器；所述的温度测量装置还包括用于监测恒温浴介质温度的恒温浴介质测温元件；
在恒温浴介质被加热元件加热的过程中，搅拌器对恒温浴介质进行搅拌，以使整个恒温浴介质的温度均匀；
所述的加热元件为燃气加热元件和/或电加热元件。

[0013] 按上述方案，第三步中对金属平板温度进行测量的具体步骤为：（1）先将被测金属平板的内侧面划分为若干区域，区域数量为4个或4个以上；将多个直接接触式的热敏元件安设在被测金属平板的内侧面上，并使直接接触式的热敏元件置于每个区域的中心；将一台或一台以上的非接触式的测温仪安设在被测金属平板的外侧；
（2）直接接触式的热敏元件和非接触式的测温仪（初始设定的发射率ε0根据金属材料查手册得到）依次对每个区域进行温度测量，并记录两种仪表各自的测量值T1,T0；
第三步中计算出被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率的具体步骤为：
4 4
（1）根据公式ε1* T1=ε0* T0，依次计算出每个区域的被测金属平板表面的真实表面发射率ε1；
（2）剔除明显的被测金属平板表面的发射率坏值、然后求按各测量区域面积求加权平均值，加权平均值即为被测金属平板对应于第二步中某个温度标定点的表面发射率。

[0014] （3）对该标定温度区间的表面发射率进行数学回归，通常采用线性回归或二次回归法。（注：由于表面发射率往往不是恒定值，而是与材料的温度存在某种函数关系，因此需要用回归法来找出这种规律。）按上述方案，在被测金属平板的外侧安设带观测孔的测量黑箱，测量黑箱通过金属板密封装置密封安设在被测金属平板上，所述的非接触式的测温仪安设在测量黑箱的观测孔上；
在测量黑箱内部，接近被测金属平板处，沿横向和纵向方向安设直径在1mm以下的标记用金属丝。

[0015] 按上述方案，所述的恒温浴箱本体壁面上包覆有保温材料；所述的恒温浴箱本体壁面的材质与被测金属平板的材质一样或者化学成分靠近。

[0016] 按上述方案，所述的被测金属平板的内侧面上设有直接接触式的热敏元件的安装孔，直接接触式的热敏元件直接插入安装孔中；所述的恒温浴箱还包括有带排气孔的盖子。

[0017] 为保证被测金属平板5表面的发射率ε不会随着金属平板表面状态发生较大的变化，因此本发明仅限于光洁表面的金属平板。考虑到被测金属平板5在高温下的表面氧化问题，在进行温度标定时，尽可能在不会发生明显表面氧化的温度范围内，或者将该系统置于充满还原性气体的密闭容器内进行温度标定。氧化的金属平板表面或有涂镀层的金属平板表面，由于发射率与表面氧化/涂镀层有关，测得的值不可靠，故不在本发明范围内。

[0018] 本发明的有益效果在于：1、该方法简单、方便实现。2、采用非接触式的测温仪和直接接触式的热敏元件对测温，测温结果准确可靠。3、能准确测算出被测金属平板表面的发射率，以保证被测金属平板表面的测温准确。4、该方法所用的金属平板表面温度标定系统维护容易、经济性好，特别适合在实验室和连续式生产工厂中推广使用。

附图说明

[0019] 图1是本发明金属平板表面温度标定系统的结构示意图。

[0020] 图2是直接接触式的热敏元件在被测金属平板内侧面上的分布示意图。

[0021] 图3是直接接触式的热敏元件在厚的被测金属平板截面上的安装示意图。

[0022] 图4是多台红外温度测量仪与测量黑箱的结构示意图。

[0023] 图5是单台红外温度测量仪对被测金属平板进行温度测量的结构示意图。

[0024] 图中：1. 测量黑箱；2.红外温度测量仪观测孔；3.多孔介质材料；4. 红外温度测量仪；5.被测金属平板；6.恒温浴介质；7.加热元件；8.恒温浴箱；9.恒温浴介质测温元件；10.被测金属平板测温元件；11.搅拌器；12.安装孔；13. 金属板密封装置；14.金属丝；15.观测孔盲板；16.观测孔。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图进一步说明本发明的实施例。

[0026] 一种金属平板表面温度标定方法，该方法以恒温浴介质作为加热源，加热被测金属平板的一面，并且在此面安装多个直接接触式热敏元件测量被测金属平板的温度；在被测金属平板的另外一面则用非接触式的测温仪器测量被测金属平板表面温度；根据红外测温仪器的测温原理史蒂芬-波尔兹曼定律，测算出被测金属平板的表面发
4
射率；其中史蒂芬-波尔兹曼定律为黑体的辐射能量W与其温度T的关系为W=ε*σ*T，式-8 4
中，波尔兹曼常数σ=5.67×10 W/m².K，T为被测物体的绝对温度，单位为K；ε为被测物体表面发射率。

[0027] 一种金属平板表面温度标定方法的具体步骤为：第一步：确定需要测量的金属平板的温度范围，根据温度范围确定标定的温度区间，制作金属平板表面温度标定系统以及确定金属平板表面温度标定系统的恒温浴介质；
根据生产机组或者实验研究的物料温度区间，确定需要测量的金属平板的温度范围；
确定标定的温度区间的具体步骤为：在需要测量的金属平板的温度范围内，每隔
20~100℃选一个标定点；一般为每隔20~50℃选一个标定点，对于精度要求不高，且需要标定的温度范围比较大的，可以隔100℃选一点，保证标定点的间隔大于仪表测量误差的4~5倍即可；
参见图1至图5，所述的金属平板表面温度标定系统，它由恒温浴装置和温度测量装置组成，所述的恒温浴装置包括恒温浴箱8，所述的恒温浴箱8由底板和壁面组成，所述的壁面由恒温浴箱本体壁面和由被测金属平板5做的一个壁面组成，所述的恒温浴箱8内置有恒温浴介质6，所述的恒温浴箱8还包括有对恒温浴介质6进行加热的加热元件7；所述的温度测量装置包括非接触式的测温仪和直接接触式的热敏元件，所述的直接接触式的热敏元件置于恒温浴箱8内，并安设在被测金属平板5的内侧面上；在被测金属平板5的外侧安设带观测孔16的测量黑箱1，测量黑箱1通过金属板密封装置13密封安设在被测金属平板
5上，所述的非接触式的红外温度测量仪4安设在测量黑箱1上；所述的恒温浴装置还包括有对恒温浴介质6进行搅拌的搅拌器11，以保证恒温浴介质6的温度均匀；所述的温度测量装置还包括用于监测恒温浴介质6温度的恒温浴介质测温元件9；
所述的恒温浴介质6为水、非挥发性油、细沙、非挥发性盐或铅中的一种，通常情况下：水浴温度范围0-100℃，油浴温度范围100-260℃，沙浴温度400-600℃，铅浴温度
350-1740℃。盐浴温度范围与采用的金属盐有关，通常使用的金属盐有用氯化钠、氯化钾、氯化钡、硝酸钠、硝酸钾等。硝酸盐在高温下容易分解，最高温度均不超过580℃，其中硝酸钠最高工作温度不超过380℃，硝酸钾的最高工作温度不超过400℃；而氯盐化学性质较为稳定，氯化钠的工作温度为850~1100℃，氯化钾为800~1000℃，氯化钡为750~1350℃。因此，本发明可标定的温度范围广，在金属平板表面不发生物理和化学变化的情况下，可标定
0-1500℃范围内的温度点。

[0028] 第二步：将恒温浴介质6加热到被测金属平板5需要标定的温度区间的某一设定温度值；将恒温浴介质6加热是从低温向高温逐渐进行加热，升温速率≤1℃/分钟；当恒温浴介质6加热到设定温度点后，保持30min以上的温度恒定，
并在温度恒定期间内不断检测恒温浴介质测温元件9的读数跳动，当恒温浴介质测温元件9的读数跳动幅度不高于恒温浴介质测温元件9的测量精度时，认定为恒温浴介质6的温度恒定，方可进行第三步操作；
在恒温浴介质6被加热元件7加热的过程中，搅拌器11对恒温浴介质6进行搅拌，以使整个恒温浴介质6的温度均匀；
所述的加热元件7为燃气加热元件和/或电加热元件；当恒温浴介质6为导电体，则加热元件7采用电加热元件，在采用电加热方式时应使用陶瓷或石英绝缘套管。当加热温度低于400℃，所需求的加热功率较小，燃气加热难以精确控制时，采用电加热方式，以便较好的控制加热功率；当加热温度高于1000℃时，电加热方式的电加热体的材质耐受程度大大降低，而燃气加热有更好的效率，因此采用燃气加热方式，即加热元件7为燃气加热元件；当加热温度为400-1000℃时，电加热方式和燃气加热方式均可。

[0029] 第三步：对金属平板温度进行测量，并计算出被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率；对金属平板温度进行测量的具体步骤为：
（1）先将被测金属平板的内侧面划分为若干区域，区域数量为4个或4个以上；将多个直接接触式的热敏元件安设在被测金属平板的内侧面上，并使直接接触式的热敏元件置于每个区域的中心；将一台或一台以上的非接触式的测温仪安设在被测金属平板的外侧；
（2）直接接触式的热敏测温元件和非接触式的测温仪依次对每个区域进行温度测量，并记录两种仪表各自的测量值；
计算出被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率的具体步骤为：
4 4 4
（1）根据公式ε1* T1=ε0* T0，因此有ε1=ε0* (T0/ T1)，依次计算出每个区域的被测金属平板表面的发射率；式中：ε0为红外温度测量仪4的初始的发射率值（通过查物性参数表求得的被测金属平板的初始发射率），T1为直接接触式的热敏元件测得的温度值（即被测金属平板的真实温度），T0为非接触式红外测温仪测得的金属平板表面的温度；ε1为红外温度测量仪测得温度为T1时的被测金属平板表面的实际发射率；
（2）剔除明显的被测金属平板表面的发射率坏值，然后求加权平均值（权重为该区域的面积百分比，当所有区域面积相同时，可直接求平均值），加权平均值即为被测金属平板对应于第二步中某个标定点的温度值的表面发射率；
（3）对该标定温度区域的表面发射率进行数学回归，通常采用线性回归或二次回归法。
注：由于通常表面发射率不是恒定值，而是与材料温度存在函数关系，因此需要用回归法来找出这种规律。

[0030] 第四步：不断的重复上述第二步和第三步，得出需要标定的温度区间的各个标定点的温度值的被测金属平板表面发射率。从而，我们得到该区域经过温度标定后的可供红外温度测量仪进行准确测量的发射率值ε1（或与温度的函数关系）（注：ε1是被测金属平板的实际发射率）。

[0031] 得到整个温度区间内金属平板5随温度变化的表面发射率ε1（与表面加工状态有关的真实发射率），此发射率可用于同类型号的红外测温仪表在连续式生产线上对同类金属物料的温度测量（注：不同厂家或型号的红外测温仪在镜片、红外线感测元件、信号转换模块上有差别，因此通过本发明的方法测得的发射率值不可混用）。

[0032] 由于金属平板表面进行红外热辐射原理的温度测量时，其表面发射率应当尽量稳定，以保证测量到的温度尽可能准确，因此在进行标定时，必须保证金属表面不发生明显氧化（如纯铁、钢、铜），或者在标定之前的常温状态下已完全氧化（如铝及铝合金）。若需要测量的温度区间跨度大，会导致金属平板在空气+高温环境下发生表面氧化这一过程，则需要在发生氧化的温度区间内将金属平板表面温度标定系统置于充满保护气体的密闭空间内进行测量。

[0033] 本实施例中，恒温浴箱8在制作时，直接将被测金属平板5作为它的一个壁面，使得被测金属平板5的温度尽可能接近恒温浴介质6的温度。考虑到加热膨胀时恒温浴箱8与被测金属平板5的膨胀量需要一致，以减少热变形和材料的热应力，因此恒温浴箱本体壁面的材质尽可能与被测金属平板5的材质相同，或者化学成分靠近（对于钢、铝合金、铜合金等这种合金材料来说）。

[0034] 为了保证恒温浴介质6的温度恒定，需要在恒温浴箱8本体壁面上包覆保温材料。为确保恒温浴介质6的温度准确，对恒温浴介质6进行温度监测的恒温浴介质测温元件9为测温热电偶或热电阻（根据温度量程和精度要求选择具体品种型号）。当恒温浴介质6为挥发性介质或有毒的介质时，应在恒温浴箱8上设带排气孔的盖子，并对排出的气体进行室外排废或其它安全处理。若恒温浴介质6选用水、沙或者无毒无挥发性的油时，可将恒温浴箱8做成顶部敞开的形式。

[0035] 本实施例中，所述的被测金属平板测温元件10可采用热电偶或热电阻，所述的测温元件10有多个。被测金属平板测温元件10的数量与被测金属平板5的面积有关，但其数量最好不少于4个，可均匀分布在被测金属平板5内侧面上。当被测金属平板5的厚度较大时，由于截面方向热阻较大，往往会在两个表面产生不可忽略的温差，因此需要在被测金属平板5上，沿径向方向（厚度方向）钻出安设被测金属平板测温元件10或测温电阻的安装孔12，将测量被测金属平板被测金属平板测温元件10直接插入安装孔12中。一般要保证被测金属平板5内外两侧温差不大于被测金属平板测温元件10的测温精度。

[0036] 将被测金属平板测温元件10的探头插入安装孔12中，要保证两侧温差不大于测温元件被测金属平板测温元件的测温精度，因此被测金属平板测温元件10端部与被测金属平板5另外一面的最大厚度dmax，需要由被测金属平板测温元件10的测温精度Δt以及被测金属平板5的导热率k来计算获得，假设被测金属平板5面积相对其厚度足够大（本测量实验中平板的长、宽均不小于其厚度的100倍），温度恒定时的被测金属平板5对外部空间的散热量为q，被测金属平板面积为A，根据无限大平板稳态导热理论（注：传热学教材中广泛采用的称呼），dmax=q/(A*k*Δt)。关于被测金属平板5对外部空间的散热量q的估算方法，见本说明正文后半部分内容。

[0037] 本实施例中，所述的非接触式的测温仪为红外温度测量仪4，所述的红外温度测量仪4有一台或一台以上。在被测金属平板5的外侧安设由多孔介质材料3制成的测量黑箱1的目的是为了保证红外温度测量仪4测温准确。由于红外温度测量仪4的视野范围有限，一台测量仪可能无法覆盖整个被测金属平板5的表面区域，因此在测量黑箱1上开多个观测孔16，架设多台红外温度测量仪4同时进行测量，参见图4。当仅有一台红外温度测量仪
4时，可采取图5的方式，每次测量时，先用观测孔盲板15封闭暂时不用的观测孔16，以避免外部空间对热成像造成影响，然后在同一稳定的测量状态下，用同一台红外温度测量仪4分次测量，再将每次的热成像照片进行拼接，为了拼接图像的方便，需要在金属平板5或者热成像照片上做标记，但是普通的标记无法在红外热成像照片上面投影，因此需要在测量黑箱1内部，贴近被测金属平板5处，沿横向和纵向拉上数根细的金属丝14（一般选用直径在1mm以下的细钢丝），由于金属丝14的温度比被测金属平板5的温度低，会在红外照片上形成一道细长的暗色线条，作为照片拼接的标记线。

[0038] 本发明采用水/油/盐/沙/铅浴作为金属平板的恒温热源，按照需要标定的曲线，使金属平板整体均匀的加热到特定的温度点，在特定温度点下，以直接接触金属平板的测温热电偶或测温电阻所测得的温度值作为标准值，对非接触式的红外温度测量仪表的测量值进行校准，从而保证金属平板的温度测量准确、可靠。

[0039] 本发明中，测量黑箱是为了避免环境中的红外线对测量造成影响，因此将被测金属平板与红外温度测量仪之间遮蔽起来的箱体，箱体内壁尽量选用表面发射率接近1的材料（发射率值在0.8以上即可）。

[0040] 由于红外测温仪器的测温原理基于史蒂芬-波尔兹曼定律，它给出的黑体的辐射4 -8 4
能量与其温度的关系为W=ε*σ*T。式中，波尔兹曼常数σ=5.67×10 W/m².K ；T为被测物体的绝对温度，单位为K；ε为被测物体表面发射率。红外温度测量仪器依靠光学元件将红外线聚焦在红外探测器上，并通过探测器接收到的红外线能量转换成电信号，从而来确定被测物体的温度高低。本金属平板温度标定正是基于这一理论，在设定的环境条件下，用已知温度的金属平板，校正非接触式温度测量仪表（通常为红外温度测量仪），得到该金属平板表面的真实发射率ε，从而保证同样仪器在测量同种表面状态的金属时可以得出准确可靠的表面温度，以满足实验或在线生产的测量精度要求。

[0041] 由于每个区域的温度偏差，以及仪器测量的偏差，需要对每个测量区域都进行如此的测量、标定，然后将各区域标定后的发射率ε1剔除明显的坏值，求加权平均值（权重为该区域的面积百分比，当所有区域面积相同时，可直接求平均值），并进行数学回归，得到较准确的被测物体的发射率值（或函数）。

[0042] 本发明中“对金属平板表面温度进行标定”是指在先离线状态下，用接触式的测量方式，对非接触式温度仪表需要准确测量的温度区间进行标定，即通过接触式温度仪表直接测量一组被测物质表面的温度，作为基准值，测算出该物质表面的实际发射率，从而保证该非接触仪表在线测量同样的金属物质表面温度时的准确性。

[0043] 温度恒定时的金属平板5对外部空间的散热量为q由下面的公式来估算：带钢表面的散热量，以自然对流传热和辐射传热的方式进行。综合传热系数由辐射传热系数和自然对流传热系数组成，即
散热量
其中带钢的综合传热系数的理论计算如下：
辐射传热的传热系数：
（5.1）
式中，－辐射传热系数，W/m2.℃；－表面发射率，取值0.18；
2 4
－系数，取值5.67W/m.K ；
－金属平板表面温度（可近似的取恒温浴温度），℃；－环境温度，℃带钢表面的对流传热以自然对流传热的方式进行，垂直平板的自然对流传热的计算公式为：
（5.2）
（5.3）
式中，－对流传热，W/m2.℃；
－努赛尔数；－平板高度，m；
－空气导热系数，，W/m.℃；
－空气的谱朗特数，
－系数，由数大小决定，＝104～3×109时，＝0.59；
－系数，由数大小决定，＝104～3×109时，＝1/4；
－格拉晓夫数，；
－气体膨胀系数，；
－重力加速度，取值9.81；
－气膜平均温度，；
－空气运动粘度，，m2/s。

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封装体形成方法以及MEMS用封装体-专利编号CN105934820B	2020-05-13	522
具有非-废气抗性的嵌入物的金属垫片-专利编号CN102844597A	2020-05-11	160
一种玻璃-金属太阳能真空集热管-专利编号CN104964470A	2020-05-11	570
具有非-废气抗性的嵌入物的金属垫片-专利编号CN102844597B	2020-05-11	1009
用于制备碱金属的电解电池-专利编号CN101018893B	2020-05-13	999
用于处理金属基材的系统和方法-专利编号CN109642339A	2020-05-11	838
耐腐蚀烟气脱碳系统用非金属补偿器-专利编号CN103615621A	2020-05-12	416
小型化微同轴高速连接器-专利编号CN110112592A	2020-05-12	709
用于制备碱金属的电解电池-专利编号CN101018893A	2020-05-13	82
一种玻璃-金属太阳能真空集热管-专利编号CN204987517U	2020-05-12	337

金属平板表面温度标定方法

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