金屬溫度是精密鑄造廠家工藝過程控制的關(guān)鍵工藝變量之一。在精密鑄造工藝中，金屬溫度的非接觸測量有著許多重大困難，但是，最近開發(fā)出來的一套裝置可提供實時精度的量化反饋，揭示出了潛在問題。

　　溫度的重要性

　　在精密鑄造工藝中，特別是在“等軸”工藝中，金屬溫度是起支配作用的因素，因此，也對許多質(zhì)量特性有著直接的影響。如果測量和控制不當(dāng)，金屬溫度的差異會對成品鑄件尺寸、晶粒尺寸、疏松(表面和內(nèi)部)、機械性能、產(chǎn)品品質(zhì)(即熱撕裂的傾向性)、薄壁部分的充滿度等方面產(chǎn)生影響。

　　因此，改進金屬溫度的測量和控制將會提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，降低維護和勞動力成本，減少測試費用和責(zé)任賠償費用等。

　　溫度測量的難度

　　精密鑄造，特別是使用感應(yīng)熔化設(shè)備的精密鑄造一般使用某種類型的非接觸性紅外輻射熱電偶或高溫計作為金屬溫度測量的主要或次要手段。使用常規(guī)高溫計的人們或許并不了解他們所作測量的潛在誤差來源，只是簡單地注意儀器的“精度”技術(shù)條件，因而常常受到誤導(dǎo)。這些精度技術(shù)條件只是在實驗室環(huán)境中的理想目標(biāo)。真實世界中的一些情況會導(dǎo)致令人驚奇的高測量誤差值，它們包括(但不局限于)下述各項：

　　1、未知/變化中的發(fā)射率—多種合金、擾動效應(yīng)、溫度和波長的依賴性以及加工過程中成分的變化等，所有這些都對發(fā)射率的不可預(yù)見性起著作用。

　　2、蒸汽發(fā)射：對高壓熔化(接近和在大氣壓以上)而言，熔池或坩堝中溢出的氣體會增加或減少熱輻射，因此造成誤差。

　　3、觀察孔障礙：對多數(shù)儀器而言，信號的任何減弱都會造成溫度指示值的下降;觀察窗上的污物影響多數(shù)高溫計的精度。

　　4、觀察窗玻璃材料：不是所有玻璃都具有同樣的透射性能;有的是“灰”色的，而另外一些玻璃的透射性則隨波長而發(fā)生變化。這會讓常規(guī)高溫計失靈。

　　5、校驗：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是每年校驗一次，但是，儀器的漂移和失效有自己的日程，理想的做法是對工廠使用的所有光學(xué)元件都進行校驗(觀察玻璃或觀察鏡)。

　　6、儀器校準(zhǔn)：通過透鏡瞄準(zhǔn)要求兩個光學(xué)路程準(zhǔn)確重疊，這會影響所有等級的常規(guī)高溫計。

　　這些困難是光學(xué)溫度測量所特有的困難。同時，還有與工藝相關(guān)的困難，這使得任何類型儀器儀表的溫度測量變得復(fù)雜化了，包括：

　　1、工藝變量的可接受范圍：除非整個熔化爐都處于穩(wěn)定狀態(tài)(通常情況下，這是不現(xiàn)實的)，否則，在澆鑄過程中，溫度會有一個范圍，很重要的是，這個溫度范圍必須能保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)。

　　2、信號處理能力：測量儀器與控制設(shè)備之間的每個模擬打到數(shù)字或數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換都是潛在誤差源，寬廣的模擬范圍導(dǎo)致精密度的缺乏。

　　3、熔化技術(shù)：不良熔化技術(shù)會導(dǎo)致高蒸汽壓力元素過渡沸騰、熔池表面產(chǎn)生擾動或形成反應(yīng)產(chǎn)品，所有這些都會造成常規(guī)高溫計的誤差。

　　4、鑄錠、坩堝、線圈間的匹配：對于熔化周期特性而言，熔化系統(tǒng)的這三個組分都是重要的。匹配不當(dāng)會造成熔化緩慢和不均勻、局部過熱或濺射。上述這些也都是常規(guī)高溫計誤差的來源。

　　高溫光譜儀對于問題的解決

　　高溫光譜儀是一種全新的儀器，它是一種專家系統(tǒng)型的多波長高溫計，在解決這些問題方面具有良好能力。

　　除了提供卓越的真實世界中的精度之外，高溫能光譜儀還有許多其它優(yōu)點：它能提供每次測量時的質(zhì)量實時讀數(shù)以及公差(即測量時的不確定程度);它還能提供信號強度，同樣溫度和狀態(tài)下的目標(biāo)與理想目標(biāo)之間的對比。這兩項功能可提供有關(guān)原料和工藝狀態(tài)的寶貴信息，有助于確保合金成分的正確并顯示出合金材料是否被沸騰蒸發(fā)。顯然，用戶掌握了這些信息還可將其應(yīng)用于一些更為高級的領(lǐng)域中。

　　在各種不同應(yīng)用中，高溫光譜儀已經(jīng)解決了非接觸性溫度測量的困難。

　　1、發(fā)射率：發(fā)射率會隨著每批材料樣品而發(fā)生變化，，是高溫測量中理論計算與真實世界中材料行為的一種關(guān)聯(lián)關(guān)系。對精密鑄造業(yè)而言，金屬的發(fā)射率變化極其大。任何一個樣品，其發(fā)射率取決于成分、機械和熱性能的歷史狀況、進行測量時的波長以及溫度本身。

　　2、蒸汽排放：眾所周知，在加工處理過程中，金屬會因為蒸發(fā)而被損耗掉，由此生成的金屬蒸汽連帶來自坩堝、敏感元件或其他熔煉爐設(shè)備中的廢氣會有選擇性地吸收某些熔料中的熱輻射，從而影響高溫測量。

　　3、觀察孔障礙：所有精密鑄造的從業(yè)者都應(yīng)該關(guān)心金屬蒸汽在冷表面沉積的問題。蒸汽沉積造成的問題是常規(guī)控制高溫計讀數(shù)不準(zhǔn)確的根源。由于溫度過高，工作部件軟化、傾倒，與銅元素接觸，濺射到觀察孔上，透射特性將會發(fā)生變化，造成大的誤差。高溫光譜儀曾經(jīng)記錄下在一個觀察孔上銅蒸汽的災(zāi)難性沉積，這是在真空爐內(nèi)由于水冷銅電極被熔化而造成的。

　　4、校驗：從上述分析得出，高溫計應(yīng)該和與其配套使用的其他光學(xué)元件(目鏡或反光鏡)一起進行校驗。

　　一般，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定每年校驗一次，但這只是一種折衷的辦法，理想的儀器應(yīng)該有一個診斷，告知人們儀器什么時候需要進行校驗或修理。

　　5、儀器的對準(zhǔn)和瞄準(zhǔn)：如果工件上的溫度并不均勻、目標(biāo)很小或距離遙遠、使用了觀察管等都有可能產(chǎn)生虛假結(jié)果。許多便攜式和固定式高溫計都是通過透鏡來觀測設(shè)備，這種方法的光學(xué)原理是用部分透射和部分發(fā)射的光學(xué)元件將視場分成兩個部分，可能出現(xiàn)的問題是兩個部分可能并未確切地在觀察同一目標(biāo)，因為在實踐中，精確對準(zhǔn)兩套光學(xué)元件是困難的。

　　6、工藝變量的可接受范圍：多數(shù)工業(yè)流程都不可能達到所謂的“穩(wěn)態(tài)”，在整個工件上所有變量都是單一恒定數(shù)值。原因在于經(jīng)濟因素的考慮，要達到那種狀態(tài)，時間太長，成本也太高。在實踐中，每個變量都有一定范圍的數(shù)值，在這個范圍內(nèi)都可獲得優(yōu)良質(zhì)量。

　　7、信號處理：每次進行數(shù)字到模擬信號轉(zhuǎn)換時(反之亦然)，信號都有一點損失。如果控制范圍寬廣，會有精度損失。值得我們注意的是，不要讓這些損失疊加起來，形成影響工藝的不確定性。在實踐中，用戶可選擇調(diào)整溫度，使其對應(yīng)于控制信號的最大和最小值。高溫光譜儀可容許進行這些數(shù)值的調(diào)整。

　　改善溫度測量的價值

　　在鑄造廠使用高溫光譜儀的經(jīng)驗證明，這種先進型的高溫計可以很好地解決非接觸式測量給精密鑄造帶來的諸多問題。在實際應(yīng)用中，高溫光譜儀成功地被用于多種液態(tài)和固態(tài)金屬及合金的溫度測量并取得了很好的效果，通過改善溫度測量增加了產(chǎn)量、提高了質(zhì)量、減少了維護保養(yǎng)費用、降低了勞動力成本、減少了能源用量、減輕了環(huán)境負擔(dān)以及減少了賠償責(zé)任等。