[发明专利]一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法，涉及红外辐射测温技术领域，本发明使用由分光镜和单波长滤光片组成的分光装置，可以在同一台红外热像仪上同时测量两个波长的红外灰度图像，减少了标定和测量时因为双光路和双相机带来的误差，使测量结果更精确；本发明在针对金属目标的实际测温中，使用同一红外热像仪测量两个波长的辐射值，测量的图像实时传输到工控机，工控机读取图像的灰度值，利用本发明方法可以实时计算出目标表面温度。

技术领域：

本发明涉及红外辐射测温技术领域，具体涉及一种基于比色测温的金属材料表面温度测量方法。

背景技术：

在工业生产中，利用真空高温炉创造真空高温的环境或者充有惰性气体的高温环境，对金属进行加工的场景越来越多。例如在石油化工、海洋机械和兵器装备等领域广泛应用的真空钎焊技术。真空钎焊是指在真空条件下，使用比金属母材熔点低的材料作为钎料，将钎料在真空高温环境中加热到高于自身熔点且低于金属母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材与填充工件，并在金属母材与填充工件之间扩散以实现母材与填充工件的连接。真空钎焊技术有着防止金属母材在焊接时氧化，液态钎料可以对复杂微小的工件进行焊接等优点。在使用真空钎焊时，为了防止温度过高导致金属母材或者填充工件的物理化学性能发生改变，进而造成材料损坏或者引发其他事故，所以必须对被加热的材料进行实时精确测温。

此外还有真空淬火技术，这种技术指的是将金属工件放置在真空环境中进行加热，并在冷却时充入中性或者惰性气体(如N₂)的淬火方法。相比传统方法，真空淬火技术可以防止金属工件在加热过程中出现氧化和形变等现象，冷却过程中如果向真空环境充入氮气，那么低压状态下的氮原子会渗入并向金属工件内部扩散，从而实现金属工件硬化。真空淬火技术已经大量应用于各种渗碳钢、合金工具钢、高速钢和不锈钢的淬火，以及各种时效合金、硬磁合金的固溶处理。在使用真空淬火技术时，必须要掌握准确的金属工件温度，以便对加工过程实现精确控制，保证生产活动的稳定进行。

根据上述内容可知，对真空高温炉内的金属工件进行实时精确的温度测量对维持稳定的生产活动具有重要意义。在对真空高温炉内的金属目标进行测温通常有两种方式：一种是接触式测温，即通过安装在待测目标表面的热电偶来测量目标温度。这种方式精度高，但是工业生产环境是复杂多样的，例如有温度变化较快的环境，或者目标运动的环境，以及一些带电或者有其他干扰的环境。在这些复杂环境中，热电偶的安装或者测量都会受到很大限制，工作效率会下降，可能无法正常稳定的工作。一旦测温设备出现故障，那就会直接影响到正常的生产活动，甚至引发安全问题。另外一种方式就是非接触式测温，即通过红外热像仪对目标温度进行测量。这种方式不受目标所在的空间环境和目标的形状限制，测温设备无需与目标直接接触，通过测量目标发出的红外辐射来计算目标温度。但是在利用红外辐射进行非接触式测温过程中，目标的发射率是一个必不可少的条件。

发射率是表示物体辐射能力的一个属性，指物体在某一温度下向外发出的辐射与同温度下的黑体向外发出的辐射的比值。不同的物体发射率也不相同，同一物体在不同温度、表面粗糙度、波长等条件下的发射率也不相同。此外，在测温过程中，除了待测目标，真空高温炉内壁也会发出辐射，并且真空高温炉内壁与待测目标之间也会互相吸收或者反射对方的辐射。尽管学者们对金属的发射率进行了很多研究，但是工业上的生产环境是复杂多样的，即使是同种材料，在不同的环境下发射率也不相同。因此对于工业中真空高温炉内的高温真空环境或者高温无氧环境，如何确定金属目标的发射率以及消除干扰辐射对测温结果的影响，获得准确的金属目标温度，是利用红外辐射进行非接触式测温时必须需要解决的问题。

发明内容：