專利名稱：一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫裝置及其測(cè)溫方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻感應(yīng)加熱領(lǐng)域，特別涉及一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè) 溫裝置及其測(cè)溫方法，用于一種以環(huán)狀線圈對(duì)平面鋼板高頻感應(yīng)加熱 的溫度測(cè)量。
背景技術(shù)：
在鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)中，常常涉及到鋼板曲面成形的問題。例如在船 舶建造行業(yè)，需要對(duì)船體的外板進(jìn)行曲面成形加工?，F(xiàn)在常用的工藝 方法，是采用火焰在鋼板表面局部加熱和跟蹤水冷，使鋼板在約束條 件下熱脹冷縮而產(chǎn)生變形，俗稱水火彎板。此種工藝方法，生產(chǎn)效率 低，加工時(shí)間長(zhǎng)，質(zhì)量波動(dòng)大，依賴于技術(shù)工人的手工操作，而且對(duì) 工作環(huán)境產(chǎn)生污染。
國(guó)外船廠如日本、韓國(guó)重視數(shù)控板材曲面成形設(shè)備的開發(fā)，加熱 熱源采用高頻感應(yīng)方式，已有少量設(shè)備用于船舶鋼板曲面成形。作為 一種新型的加熱方式，高頻感應(yīng)加熱具有加熱效率高、可控性好、環(huán) 境污染小等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
高頻感應(yīng)加熱時(shí)，為了提高鋼板成形精度和自動(dòng)成形加工的可再 現(xiàn)性，以及避免局部溫度過(guò)高，影響鋼材的機(jī)械性能，需要將鋼板加 熱溫度控制在一定的范圍里面。對(duì)局部加熱區(qū)進(jìn)行測(cè)溫，然后對(duì)溫度 進(jìn)行反饋控制，使溫度處于可控狀態(tài)，可以減小熱應(yīng)力和應(yīng)變的波動(dòng) 值，提高鋼板曲面成形的精度和質(zhì)量。測(cè)溫的方法與高頻感應(yīng)加熱的 具體用途、感應(yīng)線圈的形狀以及溫度檢測(cè)的工具都有關(guān)系。在高頻感 應(yīng)電源以環(huán)狀線圈對(duì)平面鋼板加熱的應(yīng)用中，現(xiàn)有技術(shù)中通常不進(jìn)行 溫度測(cè)量，存在加熱不均勻的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫裝置，能夠即 時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量環(huán)狀線圈對(duì)平面鋼板加熱過(guò)程中平面鋼板的溫度變化，使 得高頻感應(yīng)加熱得以均勻進(jìn)行。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種高頻感應(yīng)加熱的 測(cè)溫裝置，包括加熱環(huán)狀線圈，其特征在于該加熱環(huán)狀線圈上方設(shè)有 紅外測(cè)溫傳感器，該傳感器與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)與高頻感應(yīng)電源連接，高頻感應(yīng)電源與加熱環(huán)狀線圈連接。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，能夠 即時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量環(huán)狀線圈對(duì)平面鋼板加熱過(guò)程中平面鋼板的溫度變化， 使得高頻感應(yīng)加熱得以均勻進(jìn)行。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種高頻感應(yīng)加熱的 測(cè)溫方法，其特征在于它包括以下步驟A、根據(jù)加熱環(huán)狀線圈的位 置，確定測(cè)量區(qū)域的中心位置；B、將紅外測(cè)溫傳感器固定在測(cè)量區(qū) 域的中心位置正上方，測(cè)量頭正對(duì)中心位置；C、調(diào)整紅外測(cè)溫傳感 器到工作狀態(tài)；D、給紅外測(cè)溫傳感器通電，在加熱時(shí)讀取傳感器輸 出的電信號(hào)；E、將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例，將上述得到的溫度信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控制高頻感 應(yīng)電源輸出的加熱功率。
采用本發(fā)明的測(cè)溫裝置和測(cè)溫方法對(duì)高頻感應(yīng)加熱進(jìn)行即時(shí)的 溫度檢測(cè)，經(jīng)電腦計(jì)算處理，把得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)加以顯 示并對(duì)高頻感應(yīng)的輸出功率形成反饋控制，有利于高頻感應(yīng)加熱均勻 平穩(wěn)地進(jìn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，能夠即時(shí)準(zhǔn)確


圖1為環(huán)狀線圈高頻感應(yīng)加熱示意圖
圖2為本發(fā)明的測(cè)溫方法的流程圖
圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的測(cè)溫裝置的示意圖
圖4為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的測(cè)溫裝置的示意圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的描述。 平面鋼板在以環(huán)狀線圈高頻感應(yīng)加熱的作用下，由于熱應(yīng)力而逐 漸產(chǎn)生變形，在加熱環(huán)狀線圈7的底平面和鋼板9之間距離會(huì)發(fā)生變 化，見圖l。選取測(cè)量點(diǎn)不同，所測(cè)的溫度也不同，在不同的曲面上 運(yùn)行時(shí)，環(huán)狀線圈7中心溫度變化較小，因此選取加熱環(huán)狀線圈7的 中心作為溫度的測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量區(qū)域保證在線圈環(huán)狀內(nèi)部。
本測(cè)量方法以紅外測(cè)溫傳感器6作為溫度檢測(cè)工具，測(cè)量流程如 圖2所示。
A.確定測(cè)量區(qū)域的中心位置。測(cè)量區(qū)域的中心位置，也就是環(huán) 狀線圈7的中心?？梢圆捎靡韵路椒▉?lái)確定環(huán)狀線圈7的中心。水平 放一平板，板上平鋪一張白紙，將環(huán)狀線圈7平放在白紙上。環(huán)形線 圈可以是圓形、正多邊形或多邊形。對(duì)于多邊形線圈來(lái)說(shuō)，在白紙上 給多邊形線圈的任意一條邊做中垂線，給多邊形相臨的一條邊做中垂 線，白紙上兩條中垂線的交點(diǎn)就是我們要找的測(cè)量區(qū)域的中心。對(duì)于圓形線圈來(lái)說(shuō)，在白紙上給圓形線圈的任意一條弦做中垂線，然后給 圓形的不平行于第一條弦的另一條弦做中垂線，白紙上兩條中垂線的 交點(diǎn)就是我們要找的測(cè)量區(qū)域的中心。
B. 固定紅外測(cè)溫傳感器到要求的位置。根據(jù)紅外測(cè)溫傳感器的 安裝要求，將其固定在步驟A得到的白紙上劃出的測(cè)量區(qū)域的中心位 置的正上方，測(cè)量頭要正對(duì)步驟A中找到的中心，并要求保證其與加 熱線圈的相對(duì)位置在任何時(shí)候都不能變，高度適當(dāng)。
C. 調(diào)整紅外測(cè)溫傳感器到工作狀態(tài)。按照紅外測(cè)溫傳感器的使
用要求，將傳感器感應(yīng)的目標(biāo)區(qū)域全部調(diào)節(jié)到感應(yīng)環(huán)狀線圈7的內(nèi)
部，并使感應(yīng)目標(biāo)區(qū)域的中心與第一步在白紙上劃出的中心位置重
合。若無(wú)法重合，則轉(zhuǎn)到步驟B重新調(diào)整傳感器高度。調(diào)節(jié)好后將白
紙去除。按加熱材料的性質(zhì)，給傳感器加上合適的補(bǔ)償電壓。將傳感 器所有電纜正確連接。
D. 給傳感器通電，將環(huán)狀線圈7移到要加熱的位置，加熱并讀 取數(shù)據(jù)。接通電源后，將環(huán)狀線圈7移動(dòng)到鋼板9上需要加熱的位置， 加熱，同時(shí)讀取測(cè)量數(shù)據(jù)，以備下一步處理。
E. 對(duì)照紅外測(cè)溫傳感器技術(shù)指標(biāo)，將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)。 按照給定的函數(shù)關(guān)系，將電信號(hào)轉(zhuǎn)為溫度信號(hào)。比如傳感器感應(yīng)
范圍是0—1000°C，對(duì)應(yīng)為線性輸出4—20毫安，那么，傳感器輸出 A毫安時(shí)的溫度T為:T= (A-4) * (1000-0) / (20-5) =62,5* (A-4) 度。通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算處理顯示，對(duì)環(huán)狀線圈的高頻感應(yīng)電源的輸出功 率進(jìn)行反饋控制。
一般情況下，第A、 B、 C步只在初次測(cè)量時(shí)或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使 用后，才需要進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后，日常測(cè)量主要是重復(fù)第D步S1第E 步。本方法為高頻感應(yīng)在平面鋼板通過(guò)熱應(yīng)力形成曲面的應(yīng)用中，提 供了一種實(shí)時(shí)跟蹤鋼板表面加熱溫度的平臺(tái)，從而可以使加熱的動(dòng)態(tài) 過(guò)程通過(guò)隨時(shí)調(diào)整而趨于穩(wěn)定，形成真正的閉環(huán)控制。
有時(shí)傳感器不方便安裝，可以將傳感器的檢測(cè)頭6通過(guò)光纖引出 來(lái)，將檢測(cè)頭6安裝到相應(yīng)位置，而把傳感器的變送器4安裝在方便 的位置，兩者通過(guò)光纖連接后，不影響測(cè)量精度。對(duì)于不需配光纖的 傳感器，檢測(cè)頭和變送器是做在一起的。
本發(fā)明的測(cè)溫裝置和測(cè)溫方法主要用于測(cè)量環(huán)狀線圈對(duì)平面鋼 板加熱過(guò)程中平面鋼板的溫度變化，然后將其送到控制系統(tǒng)，進(jìn)行加 熱溫度的控制。
圖3和圖4為兩種測(cè)溫裝置的示意圖。其中1為傳感器的電纜， 用來(lái)供電并給電腦傳輸數(shù)據(jù)。2是電腦，用來(lái)處理數(shù)據(jù)并顯示或作其 它用處。3為光纖，將檢測(cè)頭檢測(cè)到的紅外信號(hào)傳遞給傳感器的變送 器。4為傳感器的變送器，將檢測(cè)頭送來(lái)的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。5支架，保證傳感器檢測(cè)頭與感應(yīng)線圈的相對(duì)位置一定。6傳感器的探測(cè)頭。7加熱環(huán)狀線圈，用來(lái)給鋼板加熱。8紅外檢測(cè)頭的檢測(cè)區(qū)域，在測(cè)溫時(shí)，這個(gè)區(qū)域要調(diào)整在加熱線圈的內(nèi)部，為保證測(cè)量精度，它的中心要與線圈的中心重合。10傳感器，即檢測(cè)頭和變送器是做在一起的。在支架5和變送器4以及檢測(cè)頭6安裝好后，將相關(guān)電纜連接好。 檢査所有連接無(wú)誤，即可通電測(cè)量。根據(jù)要求，傳感器將區(qū)域8的紅 外信號(hào)采集并傳輸?shù)阶兯推?，由變送器4將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)， 并經(jīng)過(guò)電纜1將電信號(hào)傳輸給電腦2，經(jīng)過(guò)電腦處理后，對(duì)加熱溫度 加以顯示并對(duì)高頻感應(yīng)電源輸出功率形成反饋控制。
權(quán)利要求
1、一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫裝置，包括加熱環(huán)狀線圈，其特征在于該加熱環(huán)狀線圈上方設(shè)有紅外測(cè)溫傳感器，該傳感器與控制系統(tǒng)連接，控制系統(tǒng)與高頻感應(yīng)電源的輸出功率連接，高頻感應(yīng)電源與加熱環(huán)狀線圈連接。
2、 一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，其特征在于它包括以下步驟: A、根據(jù)加熱環(huán)狀線圈的位置，確定測(cè)量區(qū)域的中心位置；B、將紅 外測(cè)溫傳感器固定在測(cè)量區(qū)域的中心位置正上方，測(cè)量頭正對(duì)中心位 置；C、調(diào)整紅外測(cè)溫傳感器到工作狀態(tài)；D、給紅外測(cè)溫傳感器通 電，在加熱時(shí)讀取傳感器輸出的電信號(hào)；E、將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信 號(hào)。
3、 如權(quán)利要求2所述的高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，其特征在于 該方法還包括將上述得到的溫度信號(hào)傳送給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)控 制輸出到環(huán)狀線圈的加熱功率。
4、 如權(quán)利要求3所述的高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，其特征在于該方法還包括控制系統(tǒng)將溫度信號(hào)顯示出來(lái)。
5、 如權(quán)利要求4所述的高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，其特征在于 環(huán)形線圈為圓形、正多邊形或多邊形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高頻感應(yīng)加熱的測(cè)溫方法，其特征在于它包括以下步驟A.根據(jù)環(huán)狀線圈的位置，確定測(cè)量區(qū)域的中心位置；B.將紅外測(cè)溫傳感器固定在測(cè)量區(qū)域的中心位置正上方，測(cè)量頭正對(duì)中心位置；C.調(diào)整紅外測(cè)溫傳感器到工作狀態(tài)；D.給傳感器通電，在加熱時(shí)讀取傳感器輸出的電信號(hào)；E.將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)。采用本發(fā)明的測(cè)溫裝置和測(cè)溫方法對(duì)高頻感應(yīng)加熱進(jìn)行即時(shí)的溫度檢測(cè)，經(jīng)電腦計(jì)算處理，把得到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為溫度信號(hào)加以顯示并對(duì)高頻感應(yīng)的輸出功率形成反饋控制，有利于高頻感應(yīng)加熱均勻平穩(wěn)地進(jìn)行。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于操作，能夠即時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量溫度。
文檔編號(hào)G01J5/10GK101319935SQ20071004166
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者吳春平, 姚建春, 方立國(guó), 汪遠(yuǎn)方 申請(qǐng)人:上海船舶工藝研究所