基于嵌入式技術的水泥回轉窯胴體溫度監測系統設計

摘要：回轉窯的溫度控制在水泥生產過程中起著非常重要的作用。本文介紹了一種采用嵌入式技術和快速紅外測溫掃描儀構成的測溫系統，實現了對回轉窯胴體溫度實時、連續的測量，并可以根據窯正常運行的胴體表面不同區段的溫度范圍，設定報警溫度，此系統各項功能已初步得到驗證。
關鍵詞：回轉窯；胴體溫度；紅外測溫；μC／0S-II操作系統

0 引言
在水泥生產過程中，最重要的工藝環節是水泥熟料的煅燒，回轉窯是實現水泥熟料煅燒的核心設備，它的運轉情況直接關系到熟料的產量、質量和原料、燃料消耗。溫度過高、熱振蕩過大會引起回轉窯窯襯的損壞，嚴重時還會殃及窯胴體，回轉窯生產熟料的過程中，決定窯能否優質、高產、低消耗地生產和安全運轉的關鍵因素是窯襯。有鑒于此，在窯運轉過程中，實時地了解窯內狀況，及時采取相應的措施，防止窯襯及窯胴體損壞是回轉窯實現經濟運行的重要保證。
回轉窯在運行過程中是不停地回轉的，其回轉速度不斷變化；窯胴體表面溫度是一個多變量函數，它不但與時間、窯軸向位置、窯胴體表面周向位置等因素相關，還受環境溫度及其它因素的影響，因此，窯胴體表面溫度不同于其他熱工參數，難以用常規的檢測手段來檢測和顯示。
本設計采用ARMLPC2119芯片及μC／0S-II操作系統，快速紅外測溫掃描儀對回轉窯胴體溫度進行實時、連續的測量，測量數據處理后，可以根據窯正常運行的胴體表面不同區段的溫度范圍，設定報警溫度。窯運行過程中，胴體表面任意一處實際溫度超過正常溫度時，系統立即給出報警信號。

1 紅外輻射測溫原理簡介
溫度高于絕對零度的物體，它就在不停地向周圍空間輻射電磁波。這種由于物體內部的帶電粒子在原子和分子內振動而產生的電磁波，稱為熱輻射。熱輻射只是整個電磁波的一個組成部分，熱輻射電磁波是由波長相差很大的紅外線、可見光、紫外線所組成。紅外輻射一般指波長在0．75～1000μm之間的熱輻射。普朗克黑體輻射模型是紅外輻射理論的出發點，絕對黑體的輻射能力與波長(λ)及溫度(T)之間的函數關系如式(1)所示：

依據這一公式，我們可以繪制出在不同的絕對溫度(T)下，絕對黑體的單色輻射亮度(Lλ)與波長(λ)的函數曲線如圖1所示。

由圖1可知：
(1)隨著溫度的升高，輻射能量增加。這是紅外輻射測溫的理論依據。
(2)隨著溫度的升高，輻射波峰向短波方向移動，其規律由維恩位移定律描述。
λm?T=2898μm?K。通過維恩定律公式計算出的與某一確定的T所對應的λm就是輻射波峰所對應的波長。
(3)輻射能量在短波長處隨溫度增加比長波長處快。