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磨床厂家:平面磨床磨削温度的红外辐射测温法

发布时间:2017.09.14   来源:  浏览次数:  文字:【】【】【

研究平面磨床磨削区的温度分布,除了采用解析法外,采用实验方法能得到更加准确的结论,迄今为止,磨削温度的测量已出现了许多方法,新方法的不断产生,为磨削温度研究提供了有效的手段。是在所有实验测量方法中,最基本的方法是用热电偶直接测量法。
  近年来,利用红外辐射测量平面磨床磨削温度的方法取得了很大进展。红外辐射是由构成物质的各种原子及亚原子的旋转和振动产生的。这些粒子是经常运动的,因此物质也就经常发射出频率与振子共振常数相对应的红外辐射。由于存在形形色色的粒子,它们发射出的辐射频率也各不相I司,这些频率所覆盖的范围就是大家熟知的红外光谱。 
  红外光谱范围可分为近红外、中红外和远红外三个区。亚原子粒子的“跳动”形成近红外辐射,原子的运动产生中红外辐射,分子的振动和转动则产生远红外辐射。
  温度是由热流形成,热是一种能量,它构成物质基本粒子(分子、原子、亚原子粒子)的功能。温度表示这些粒子骚动程度,骚动越大,产生的电磁场的波动也越大,即温度越高,由辐射发出的能量也越大,这就是红外测温的主要依据。 
  过去曾有研究者利用小目标红外测温仪通过砂轮上特别的槽口来进行平面磨床磨削温度的测量,但由于粒子的辐射在磨削温度测量前就有部分被周围的空气、雾气、磨屑等介质和杂物吸取和遮挡,因此无法获得准确的测量温度。采用透镜对焦的方法收集红外辐射,测量磨削温度的方法也不理想。目前采用光导纤维测量红外辐射的方法,对平面磨床磨削区温度进行测量,可以获得比咎尊意的效果。 
  ①红外辐射测温原理 图所示为用光导纤维传输红外信号测量温度的原理简图。平面磨床磨削区的高温使工件上开着的测量底孔部相应发热:产生较强的红外辐射,红外信号通过光导纤维传输到接在电桥中的PS传感元件上,产生苏弱的电压信号。这些信号经调制放大器放大后送人光线示波器或其他记录仪记录。 
  光导纤维红外测温装置与一般红外测温仪相比的不同之处在于,应用光导纤维的导光束取代透镜类光导件,应用集成运放电信号的斩波调制代替机械调制系统。
  应用光导纤维接收红外辐射具有许多优点,它可以将复杂构件内部的辐射传导出来,使测点变小;而且也是一种抗干扰的有效手段,可以有效地克服红外测温中烟气、灰尘、介质及其他物质辐射的干扰。此外,还可以使红外探测器远离高温环境,有利于保持其性能的稳定。
图所示为一种利用红外辐射高温计与光导纤维测量有效磨粒的磨削温度的新方法和测试系统。  

1-工作台;2-测力仪;3-工件;4-砂轮;5-拍摄触发器;6-纤维保持架;7-测微计;8-光导纤维;9-InAs电池;10-透镜 
  由图中可见,光导纤维插在纤维孔内,纤维孔套装在砂轮边缘,其位置与磨削点成45度夹角,显然平面磨床磨削位置与测量位置存在时间滞后(约几毫秒),所测得的磨粒温度是磨削若干毫秒后酊瀛度。在这期间,冷却效应会使被测温度比实际温度有所下降,故必须采取一定的补偿措施,其补偿方法在文献中可以获取,这里不再叙述。
  测量时,通过光导纤维切平面的磨粒上辐射的红外能量由光导纤维接收和传递(注意,这里光导纤维仅能接收从切平面辐射的红外线),通过透镜输入发光二极管(InAs电池)进入测试仪。在这里红外能量被转变为电压信号,经放大后被输入到数字储存器,最后通过微型计算机进行分析。
  上述两例,一个是利用红外测温和光导纤维对工件上磨削区温度的测量,另一个是利红外辐射高温计和光导纤维对砂轮有效磨粒磨削点温度的测量,这种方法是目前可获得满效果的比较新的方法。在生产实际和研究工作中,常遇到被测试件是绝缘性高及导电导热低的材料,尤其是那些在试件上打孔和开槽比较困难的(如磨削工程陶瓷等),要测量其度,采用上述图-所示的方法是比较方便的。此外,也可以用红外热像仪进行测量。
  该系统主要由红外测器和图像处理/监视器组成。红外探测器的扫描镜头接收被测物体的红外辐射信号,经测、放大成电信号,再通过A/D转换器传输到图像处理器,由监视器显示图像并具备储图像的功能。此外,电信号也可直接送到发光二极管进行现场观察。
  美国休斯顿企业生产的Probeye4500型红外热像仪的主要性能参数如下:测温范围为-20~1500度;测温分辨率为0.1度;最短采样时间为0.05s;操作温度为10~40X2;并备有各种型号的镜头。
  
    ②红外辐射测温装置的标定 平面磨床常采用相对标定法,因为它比较简单,其方法是对被测试件用标准热电偶及红外测温装置同时进行测量,从而得到温度与辐射强度之间的对应关系。与绝对标定法相比,它不需要制作“黑体”及较复杂的比较系统,而且取得的是相对值,不需要具体了解L(A)、F(A)、G(A)为发射率,F为光纤透过率,G为PS元件的相对灵敏度)数值,避免了取s值带来的误差,应用方便。相对标定装置如图所示。 
  标定原理如下:标定时,试件是采用大电流来加热的;平面磨床装置中设有调压变压器可以控制电流的大小,从而调节试件的温度;为了避免高温时试件表面产生严重氧化(氧化的结果会导致值e大幅变化使测量与实际状态不符),试件是放在真空腔内加热的,真空度为(1.33~4)X103Pa;热电偶的结点由弹簧始终压在试件发热区上,在缓慢加热过程中能与试件保持等温;试件是均质截面的薄片,发热基本是均匀的,在试件发热区的一面,光纤垂直地对着试件,并与另一面的热电偶保持同轴。 

 
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