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磨床廠家:平面磨床磨削溫度的紅外輻射測溫法

發布時間:2017-09-14

研究平面磨床磨削區的溫度分布,除了采用解析法外,采用實驗方法能得到更加準確的結論,迄今為止,磨削溫度的測量已出現了許多方法,新方法的不斷產生,為磨削溫度研究提供了有效的手段。是在所有實驗測量方法中,最基本的方法是用熱電偶直接測量法。
  近年來,利用紅外輻射測量平面磨床磨削溫度的方法取得了很大進展。紅外輻射是由構成物質的各種原子及亞原子的旋轉和振動產生的。這些粒子是經常運動的,因此物質也就經常發射出頻率與振子共振常數相對應的紅外輻射。由于存在形形色色的粒子,它們發射出的輻射頻率也各不相I司,這些頻率所覆蓋的范圍就是大家熟知的紅外光譜。 
  紅外光譜范圍可分為近紅外、中紅外和遠紅外三個區。亞原子粒子的“跳動”形成近紅外輻射,原子的運動產生中紅外輻射,分子的振動和轉動則產生遠紅外輻射。
  溫度是由熱流形成,熱是一種能量,它構成物質基本粒子(分子、原子、亞原子粒子)的功能。溫度表示這些粒子騷動程度,騷動越大,產生的電磁場的波動也越大,即溫度越高,由輻射發出的能量也越大,這就是紅外測溫的主要依據。 
  過去曾有研究者利用小目標紅外測溫儀通過砂輪上特別的槽口來進行平面磨床磨削溫度的測量,但由于粒子的輻射在磨削溫度測量前就有部分被周圍的空氣、霧氣、磨屑等介質和雜物吸收和遮擋,因此無法獲得準確的測量溫度。采用透鏡對焦的方法收集紅外輻射,測量磨削溫度的方法也不理想。目前采用光導纖維測量紅外輻射的方法,對平面磨床磨削區溫度進行測量,可以獲得比咎尊意的效果。 
 ?、偌t外輻射測溫原理 圖所示為用光導纖維傳輸紅外信號測量溫度的原理簡圖。平面磨床磨削區的高溫使工件上開著的測量底孔部相應發熱:產生較強的紅外輻射,紅外信號通過光導纖維傳輸到接在電橋中的PS傳感元件上,產生蘇弱的電壓信號。這些信號經調制放大器放大后送人光線示波器或其他記錄儀記錄。 
  光導纖維紅外測溫裝置與一般紅外測溫儀相比的不同之處在于,應用光導纖維的導光束取代透鏡類光導件,應用集成運放電信號的斬波調制代替機械調制系統。
  應用光導纖維接收紅外輻射具有許多優點,它可以將復雜構件內部的輻射傳導出來,使測點變??;而且也是一種抗干擾的有效手段,可以有效地克服紅外測溫中煙氣、灰塵、介質及其他物質輻射的干擾。此外,還可以使紅外探測器遠離高溫環境,有利于保持其性能的穩定。
圖所示為一種利用紅外輻射高溫計與光導纖維測量有效磨粒的磨削溫度的新方法和測試系統。  

1-工作臺;2-測力儀;3-工件;4-砂輪;5-拍攝觸發器;6-纖維保持架;7-測微計;8-光導纖維;9-InAs電池;10-透鏡 
  由圖中可見,光導纖維插在纖維孔內,纖維孔套裝在砂輪邊緣,其位置與磨削點成45度夾角,顯然平面磨床磨削位置與測量位置存在時間滯后(約幾毫秒),所測得的磨粒溫度是磨削若干毫秒后酊瀛度。在這期間,冷卻效應會使被測溫度比實際溫度有所下降,故必須采取一定的補償措施,其補償方法在文獻中可以獲取,這里不再敘述。
  測量時,通過光導纖維切平面的磨粒上輻射的紅外能量由光導纖維接收和傳遞(注意,這里光導纖維僅能接收從切平面輻射的紅外線),通過透鏡輸入發光二極管(InAs電池)進入測試儀。在這里紅外能量被轉變為電壓信號,經放大后被輸入到數字儲存器,最后通過微型計算機進行分析。
  上述兩例,一個是利用紅外測溫和光導纖維對工件上磨削區溫度的測量,另一個是利紅外輻射高溫計和光導纖維對砂輪有效磨粒磨削點溫度的測量,這種方法是目前可獲得滿效果的比較新的方法。在生產實際和研究工作中,常遇到被測試件是絕緣性高及導電導熱低的材料,尤其是那些在試件上打孔和開槽比較困難的(如磨削工程陶瓷等),要測量其度,采用上述圖-所示的方法是比較方便的。此外,也可以用紅外熱像儀進行測量。
  該系統主要由紅外測器和圖像處理/監視器組成。紅外探測器的掃描鏡頭接收被測物體的紅外輻射信號,經測、放大成電信號,再通過A/D轉換器傳輸到圖像處理器,由監視器顯示圖像并具備儲圖像的功能。此外,電信號也可直接送到發光二極管進行現場觀察。
  美國休斯頓公司生產的Probeye4500型紅外熱像儀的主要性能參數如下:測溫范圍為-20~1500度;測溫分辨率為0.1度;最短采樣時間為0.05s;操作溫度為10~40X2;并備有各種型號的鏡頭。
  
   ?、诩t外輻射測溫裝置的標定 平面磨床常采用相對標定法,因為它比較簡單,其方法是對被測試件用標準熱電偶及紅外測溫裝置同時進行測量,從而得到溫度與輻射強度之間的對應關系。與絕對標定法相比,它不需要制作“黑體”及較復雜的比較系統,而且取得的是相對值,不需要具體了解L(A)、F(A)、G(A)為發射率,F為光纖透過率,G為PS元件的相對靈敏度)數值,避免了取s值帶來的誤差,應用方便。相對標定裝置如圖所示。 
  標定原理如下:標定時,試件是采用大電流來加熱的;平面磨床裝置中設有調壓變壓器可以控制電流的大小,從而調節試件的溫度;為了避免高溫時試件表面產生嚴重氧化(氧化的結果會導致值e大幅變化使測量與實際狀態不符),試件是放在真空腔內加熱的,真空度為(1.33~4)X103Pa;熱電偶的結點由彈簧始終壓在試件發熱區上,在緩慢加熱過程中能與試件保持等溫;試件是均質截面的薄片,發熱基本是均勻的,在試件發熱區的一面,光纖垂直地對著試件,并與另一面的熱電偶保持同軸。 

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