高爐火焰溫度

比色測溫法具有測量精度高、受外界干擾小等優(yōu)點， 所以采用比色測溫法使測量結果更能接近被測物體的真實溫度。

1 輻射測溫原理

能夠全部吸收入射能量的物體稱為黑體?？v坐標表示黑體在某一熱力學溫度T、某一波長鄰近的單位波長間隔中熱輻射的強弱，稱為黑體光譜輻射亮度。

2 圖像采集模塊

（1）TCD1206SUP 結構原理

TCD1206SUP 是日本某公司生產的線陣CCD傳感器。內部包含2160 像元的光敏二極管，采樣保持電路和輸出放大電路， 封裝形式為22 腳DIP 封裝。此傳感器的積分時間調整功能可以通過增長/縮短光積分時間的方式使輸出信號達到所希望的幅度， 這項功能對于CCD 的應用是非常重要的。中間一列光敏陣列的作用是接收外部的光

信號，并轉換為相應的電荷信號。

（2） 驅動電路

為了能使TCD1206SUP 正常工作，需要通過驅動電路產生特定的脈沖。為滿足傳感器的工作要求，選擇CPLD。CPLD 是一種復雜可編程邏輯器件，其主要是由可編程邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC 結構較復雜，并具有復雜的I/O 單元互連結構，可根據(jù)用戶的需要生成規(guī)定的電路結構，完成特定的一些功能。

但是由于CPLD 內部是用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連的， 所以設計的邏輯電路具有時間可預測性， 避免了分段式互連結構時序不完全預測的缺點。

3 圖像處理模塊

圖像處理部分采用由NiosII CPU 和一系列外設組成的NiosII 處理系統(tǒng)。CycloneII 系列FPGA 支持Altera 公司的NiosII 嵌入式軟核處理器。NiosII具有靈活的可配置特性， 而且可以非常容易的實現(xiàn)各種外設的擴展。

由于NiosII 所接外接設備的接口中沒有視頻解碼芯片ADV7180 和Realtek8139C/D 網(wǎng)卡接口，實現(xiàn)對外部A/D 數(shù)據(jù)采集電路的控制接口邏輯，由于其邏輯功能不是很復雜，因此可采用自定義的方式。視頻采集模塊的功能設計可分為數(shù)據(jù)采集控制邏輯、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)處理邏輯三部分。

其中，AVALON 總線主要是用于連接片內處理器與外設，以構成可編程單芯片系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集控制邏輯產生A/D 轉換需要的控制信號，數(shù)據(jù)接口提供一個外部A/D 采集的數(shù)據(jù)流向AVALON 總線的數(shù)據(jù)通道，主要是完成速度匹配，接口時序轉換。數(shù)據(jù)處理單元主要是提供一些附加功能。相對于AVALON 總線信號來說，A/D 采樣的速率非常低，因此本系統(tǒng)采用兩個DMA 完成圖像數(shù)據(jù)的傳輸，一個用于高速存儲數(shù)據(jù)，另一個用于高速讀取數(shù)據(jù)。同時，加入pipeline bridge 模塊，提高整個處理器的最高頻率 。

通過CCD 攝像機連續(xù)拍攝蠟燭的火焰燃燒圖像， 火焰的溫度場經過圖像采集卡處理后變?yōu)閳D像的數(shù)字信息，然后利用測溫軟件對數(shù)據(jù)進行處理，最后在LCD 上顯示出溫度值。

對高爐火焰溫度傳統(tǒng)的測溫方法大多數(shù)是接觸式測溫法。這種方法由于在測量溫度時要與被測物體接觸，不僅操作不便，而且還會破壞被測對象的溫度場，給測量結果帶來較大誤差。采用的是一種非接觸式測溫方法，不需要與被測對象接觸，并且具有易于操作、測量范圍大、測量精度高等優(yōu)點。

此設計的目的是在提高測溫精度的同時提高整個系統(tǒng)便攜性。因此，選用Nios II 芯片作為主控芯片，同時利用其多內核系統(tǒng)和高速數(shù)據(jù)處理的性能，使系統(tǒng)更加小型化、快速化、集成化。選用MV-20S 作為圖像采集單元，同時采用專用視頻解碼芯片ADV7180 將模擬信號轉換成數(shù)字信號。為了使測量結果更加準確，下面對測量誤差進行了分析和處理。

主要包括圖像采集模塊、圖像數(shù)據(jù)處理模塊和LCD 顯示模塊。整個系統(tǒng)的工作流程是：CCD 攝像機對爐膛火焰進行多點拍攝， 圖像經過視頻分割器合成一路模擬信號后， 由圖像采集模塊進行數(shù)據(jù)的存儲和轉換， 得到的數(shù)字信號經數(shù)據(jù)處理模塊處理后，將得出的溫度信息顯示在LCD顯示屏上，PC 端監(jiān)控系統(tǒng)用于空間坐標定位。實現(xiàn)火焰溫度的多點檢測，提高測量精度。

在采集圖像的同時，用熱電偶測量爐膛內火焰的溫度，得出多組數(shù)據(jù)的平均值和CCD比色測溫法得出的測量結果對比， 即可驗證此方法測量結果的準確性。光信號經過衰減片和濾光片后，即可以得到更加清晰的圖片 。

以蠟燭火焰為測量對象， 采用WZPK-136/WZPK2-136 型號的熱電偶溫度計作為標準溫度計。并利用其定位測溫點坐標。

測量坐標分別定位為（260，240），（280，260），（300，320），（340，320），（350，300），（360，380）。6 個測溫點坐標分別用1，2，3，4，5，6 表示， 分別將熱電偶和CCD 測溫系統(tǒng)測得的溫度值作為縱坐標值，可以看出，設計的便攜式非接觸式測溫方法有著很高的測量精度，其最大的測量誤差為10 ℃。

提出了一種基于CCD 的爐膛火焰測溫的實現(xiàn)方法，系統(tǒng)采用Altera 公司的Cyclone-LC20 開發(fā)板，借助外接模塊，完成圖像數(shù)據(jù)的處理以及測量溫度的顯示。相信這種測溫方法和測溫系統(tǒng)能給人們的生產和生活帶來方便 。2100433B

因火焰強度增加（即在較小的體積內釋放出相同的總熱量），以及氮氣含量減少的結果，使火焰溫度提高，從而增強了火焰靠輻射和對流向周圍的熱傳導。據(jù)國外文獻報道，燃燒重油時，如把空氣中氧的濃度從21%增濃到22%，其理論燃燒溫度可提高80℃。 2100433B

火焰溫度是火焰的主要特性之一。它對火焰中化合物的形成和解離，從而對待測元素的原子化有著重大的影響。

在火焰中，一方面由于燃燒反應要產生熱量，另一方面由于火焰中化合物的解離，以及為了將火焰中存在的平衡混合物提高到火焰溫度需要消耗熱量，火焰的溫度就是由火焰中這二者之間的熱量平衡來決定的。當火焰處于熱平衡狀態(tài)時，溫度就可用來表征火焰的真實能量。

當燃燒釋放出的熱量全部用來加熱氣態(tài)產物時，產物的溫度就是絕熱火焰溫度。實際燃燒過程中的溫度要取決于釋熱和散熱兩個方面。絕熱火焰溫度雖然沒有考慮熱損失，但它是衡量可燃物特征的一個尺度，對火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘纫灿杏绊?。因此，絕熱火焰溫度在許多燃燒問題中常被看作是一個相當重要的熱力學量。某些文獻給出的定義是：在一個孤立系統(tǒng)中的放熱反應，如使混合物從一個規(guī)定的初始壓力和初始溫度經過定壓且絕熱的過程達到化學平衡，系統(tǒng)達到的最終溫度稱為絕熱火焰溫度T。由于沒考慮熱損失，又稱“理論火焰溫度”；由于與有熱損失的各種情況比較，這時達到的溫度將是最高的，故又稱“最高燃燒溫度”。不過這一定義并未考慮空氣和燃料的比例和惰性添加劑的影響，所以并不代表在最佳空燃比下所能達到的最高溫度。

如果燃燒前的反應物和燃燒后的最終產物的成分都是已知的，則絕熱火焰溫度可根據(jù)能量守恒原理求出。