CN103852182A - 一种高温熔融物料温度的自校正方法 - Google Patents

Abstract

一种高温熔融物料温度的自校正方法，根据相邻或一定周期内冶金窑炉测量熔融物料温度间的不相关性，引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正。修正后的高温熔融检测物料温度包括当前测量值和历史测量值的代数加权之和，其加权系数和影响因子具有时效性。加权系数从一定周期时间段内温度测量频次上反映对当前温度真值逼近程度，影响因子则是从历史测量值距离当前测量时间尺度上进行评价。由于入炉物料在时序上不具有相关性，炉窑相邻及间隔熔融物料温度测量操作之间相互独立，两者满足独立正态分布条件。

Description

一种高温熔融物料温度的自校正方法

技术领域

本发明涉及冶金炉窑内高温熔融物料温度测试技术领域，具体涉及一种高温熔融物料温度的自校正方法。

背景技术

冶金炉窑内高温熔融物料的温度一般采用一次性热电偶进行测量，热电偶输出端连接手持式二次显示仪表，待每次测量稳定后记录和上传温度测量数据。受测量位置、插入炉内液面深度、测量时间长短、加料方式、测量位置等各种因素的影响，测量结果随意性大，只能由现场操作人员根据生产操作经验人为进行识别，无法自动筛选剔除，很容易造成生产过程误判。并且冶金炉窑炉内物料温度变化是一连续慢时变过程。物料实际温度受到前几次测量温度和测量点的制约，与当前测量温度存在一定的偏差，实际测量值无法满足冶金炉窑反馈控制的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正的方法。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案：

一种高温熔融物料温度的自校正方法，根据相邻或一定周期内冶金窑炉测量熔融物料温度间的不相关性，引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正。

一种高温熔融物料温度的自校正方法，在物料冶金炉窑口设置一次热电偶，一次热电偶测量的输出信号通过信号放大器将信号调理放大后转变成标准4～20mA输出，调理放大的输出信号连接到二次智能显示仪表，二次智能显示仪表有输入模块、输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量按钮和发送操作按钮构成，输入模块采用绝缘密封式标准4～20mA端子，输出模块采用支持TCP/IP加密包的透明传输协议，输出模块的输出信号通过WIFI模块和无线路由器存储到远程监控计算机内，液晶显示面板用来显示设定的目标熔融物料温度、测量熔融物料温度和自校正熔融物料温度以及数据传输发送状态信息，存储和计算模块实现自校正温度计算过程和自动动态刷新中间存储参数。

所述与一次热电偶前端连接的测量信号线采用陶瓷绝缘保护套、玻璃纤维及屏蔽层进行隔热防护和信号隔离。

一种高温熔融物料温度的自校正方法使用的装置，包括一次热电偶，所述一次热电偶设置在物料冶金炉窑口，所述一次热电偶连接二次智能显示仪表，所述一次热电偶与二次智能显示仪表之间设置信号放大器，所述信号放大器输出标准为4～20mA，所述二次智能显示仪表通过WIFI模块和无线路由器连接远程监控计算机，所述二次智能显示仪表有输入模块、输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量按钮和发送操作按钮构成，所述输入模块设有绝缘密封式标准4～20mA端子，所述输出模块支持TCP/IP加密包的透明传输协议。

一种高温熔融物料温度的自校正方法，其算法模型的详细计算过程如下：1）检查测量存储单元数据T_i，当T_i≤0，T_i+1＞0，i＝1,2,…,9时，则令T_i+1，…，T₁₀＝T_i；t_i+1，…，t₁₀＝t_i；当T_i＞0时，则T₁、T₂、…、T₁₀；t₁、t₂…、t₁₀；2）计算时间码S_i-j，即计算当前测量时间码与测量存储单元数据T_i＞0时的时间码标记差值；3）计算时间尺度t_i-j；4）计算加权因子a_i、时间尺度均值μ和时间标准差σ；5）测量温度基准偏差ΔT_i和影响因子k_i；6）计算自校正温度结果。

一种高温熔融物料温度的自校正方法，其计算公式如下：

T_O＝T_C+α_ik_iΔT_ii＝1,2,...,5   (1)

a_i＝2^-i   (2)

$k_i=\frac{1}{\sqrt{2}\mathrm{\π}}{e}^{-\frac{{(\mathrm{\μ}-t_i)}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}}---\left(3\right)$

ΔT_i＝-（T_i-T_s）   (4)

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{t}_j,n=10,j=\mathrm{1,2},...,n---\left(5\right)$

${\mathrm{\σ}}^2=\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(t_j-\mathrm{\μ})}^2$

其中时间标识码和时间尺度约定规则如式(7)、(8)所示：

S_i-j:dd_i-j:hh_i-j:mm_i-j:ss_i-j   (7)

$t_{i-j}=({\mathrm{dd}}_i-{\mathrm{dd}}_j)*24+{\mathrm{hh}}_i-{\mathrm{hh}}_j+\frac{{\mathrm{mm}}_i-{\mathrm{mm}}_j}{60}+\frac{{\mathrm{ss}}_i-{\mathrm{ss}}_j}{3600}---\left(8\right)$

T_O是自校正温度；

T_C是当前实测温度；

ΔT_i是第i次实测温度与当前设定目标温度之间的基准差值（历史值）；

T_i是第i次实测温度；

T_s是当前设定目标温度；

a_i是第i个温度差值加权系数；

k_i是第i个温度差值影响系数；

μ是当前温度测量时间与历史温度测量时间间隔小时数（10组历史测量数据及对应时间标识）；

σ是时间标识标准差；

S_i-j是计算时间码；

t_i-j是计算时间尺度；

dd_i是第i次测量温度时间对应日期；

dd_j是第j次测量温度时间对应日期；

hh_i是第i次测量温度时间对应小时数；

hh_j是第j次测量温度时间对应小时数；

mm_i是第i次测量温度时间对应分钟数；

mm_j是第j次测量温度时间对应分钟数；

ss_i是第i次测量温度时间对应秒数；

ss_j是第j次测量温度时间对应秒数；

dd_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的日期之差；

hh_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的小时数之差；

mm_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的分钟数之差；

ss_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的秒数之差。

本发明的高温熔融物料温度自校正方法是根据相邻或一定周期内冶金窑炉测量熔融物料温度间的不相关性，引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正，使之尽可能地接近实际值。修正后的高温熔融检测物料温度包括当前测量值和历史测量值的代数加权之和，其加权系数和影响因子具有时效性。加权系数从一定周期时间段内温度测量频次上反映对当前温度真值逼近程度，影响因子则是从历史测量值距离当前测量时间尺度上进行评价。由于入炉物料在时序上不具有相关性，炉窑相邻及间隔熔融物料温度测量操作之间相互独立，两者满足独立正态分布条件。

本发明由于采用以上技术方案，具有如下优点：1.本发明采用基本数学方法达到在线自校正计算功能，摆脱了测量熔融物料温度准确可靠性对生产经验的严重依赖性；2.该自校正方法的数据存储量和计算量相对较小，在现有嵌入式微处理器智能终端设备上容易实现，方便在现有手持式二次显示仪表系统上扩展集成，开发成本低；3.本发明操作简单，输入和设定操作按钮一键式操作，构思巧妙，精确实用，性价比高，有利于大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明自校正模型中时间码与实践尺度对应关系；

图2为本发明自校正流程图；

图3为本发明自校正模块功能图；

图4为本发明实施实例自校正结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明：

一种高温熔融物料温度的自校正方法，根据相邻或一定周期内冶金窑炉测量温度间的不相关性，引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正。

一种高温熔融物料温度的自校正方法使用的装置，如图2所示，包括一次热电偶1，一次热电偶1通过测量信号线连接二次智能显示仪表2，一次热电偶1前端连接的测量信号线采用陶瓷绝缘保护套、玻璃纤维及屏蔽层进行隔热防护和信号隔离。一次热电偶1与二次智能显示仪表2之间安装信号放大器，信号放大器输出标准为4～20mA，二次智能显示仪表2通过WIFI模块和无线路由器3连接远程监控计算机4，二次智能显示仪表2有输入模块、输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量按钮和发送操作按钮构成，输入模块设有绝缘密封式标准4～20mA端子，输出模块支持TCP/IP加密包的透明传输协议。

本实施例对铜高温熔融时温度进行自校正。

在生产现场实施时，测量前，首先在二次智能显示仪表（2）中输入需要控制的冰铜目标温度。当冰铜口放铜液时，放铜保护口打开，一次热电偶1通过放铜口插入到冶金炉内冰铜液面以下，待测量位置确定后，当一次热电偶1的传感器与冰铜液充分接触一段时间，大约10秒后，其信号输出毫伏值不再变化时，也即是热电偶测量温度接近冰铜液温度，此时按下二次智能显示仪表2面板上的测量按钮，二次智能显示仪表2记录下当前温度测量值，并连同测量值对应时间码存储到二次智能显示仪表存储单元中。

二次智能显示仪表2有输入输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量和发送操作按钮构成。输入模块采用绝缘密封式标准4～20mA端子，为便于生产操作管理，自校正温度输出采用支持TCP/IP加密包的透明传输协议通过WIFI模块和工业级无线路由器3存储到远程监控计算机4内。液晶显示面板用来显示设定的目标冰铜温度、测量冰铜温度和自校正冰铜温度，以及数据传输发送状态信息。存储和计算模块实现自校正温度计算过程和自动刷新中间存储参数。本实例选用三星OK6410的ARM11工业主板，预装WinCE5.0操作系统和SQLCE数据库。测量和发送操作功能按钮为操作人员执行温度测量提供一种简单的输入条件。具体计算过程如下：

1.首先根据生产实际要求通过数字键输入要求目标冰铜温度TO；

2.按下测量按钮，记录当前冰铜温度，存储时序单元和历史测量

温度执行如下运算：

$\left\{\begin{array}{c}{T}_j=T_{j-1}\\ t_j=t_{j-1}\end{array}\right.$ j＝0,1,…n,n＝10；按下取消按钮时，存储单元和时序

表中数据记录保持不变。

3.计算对应自校正温度结果。若i＜10，

1）对T_i+1＝T_i+2＝…＝T₁₀,t_i+1＝t_i+2＝…＝t₁₀；

2）计算t_i，按式（7）和（8）两式计算得到；

3）a_i，其中a_i＝a_i+1＝…＝a₁₀＝2^-i；

4）计算方差 ${\mathrm{\σ}}^2=\frac{1}{n-1}\left[\right(\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}{(t_j-\mathrm{\μ})}^2+(10-i)\×{(t_j-\mathrm{\μ})}^2];$

$\mathrm{\&Delta;}{T}_j=\left\{\begin{array}{cc}-(T_j-T_s)& j<i\\ -(T_i-T_s)& j\&GreaterEqual;i\end{array}\right.;$

5）根据2）、3）、4）结果，计算影响因子

6）计算自校正温度T_O＝T_C+α_ik_iΔT_ii＝1,2,...,5；

若i≥10时，按如下方式计算：

1）依据式（7）和（8）计算时序队列各温度测量值对应的时间码dd_i-j:hh_i-j:mm_i-j:ss_i-j和时间尺度

$t_{i-j}=({\mathrm{dd}}_i-{\mathrm{dd}}_j)*24+{\mathrm{hh}}_{i-j}-{\mathrm{hh}}_i+\frac{{\mathrm{mm}}_{i-j}-{\mathrm{mm}}_i}{60}+\frac{{\mathrm{ss}}_{i-j}-{\mathrm{ss}}_i}{3600};$

2）计算时间尺度均值

n＝10,j＝1,2,...,n；

3)计算方差

和测量温度基准差ΔT_i=-(T_i-T_s)；

4)计算加权系数a_i＝2^-i,i＝1,…,5；

5)计算影响因子 $k_i=\frac{1}{\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}}{e}^{-\frac{{(\mathrm{\&mu;}-t_i)}^2}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}};$

6）计算自校正温度T_O＝T_C+α_ik_iΔTii＝1,2,...,5。

4.设定温度、设定目标温度和自校正温度输出到二次智能显示仪表显示屏；

5.二次智能显示仪表当前数据在局域网内发布，并显示数据发送状态信息。

6.结束，等待执行操作。

以合成炉冰铜闪速熔炼实际热电偶直接测量温度和采用本发明中提供的自校正方法计算输出温度进行对比，其中横坐标为测量一次热电偶温度，纵坐标为自校正输出温度。如图4所知，将本发明所测得的冰铜温度与热电偶测量温度值进行绘图表示，横坐标为热电偶测量温度值，纵坐标为采用本发明测得的冰铜温度值，两条斜线是相对误差为0.5%的误差限。可以看出，本发明自校正的主要指标如下：

1）该方法可以有效自动校正测量所造成的偏差，并对异常测量数据进行校正；

2）测量误差最大值为6%，对应自校正后温度偏差小于0.5%；

3）热电偶测量温度均值误差为2%，自校正温度均值误差小于0.2%，测量精度大大提高。

Claims (6)

1.一种高温熔融物料温度的自校正方法，其特征在于：根据相邻或一定周期内冶金窑炉测量熔融物料温度间的不相关性，引入加权系数和影响因子，采用正态分布的原理对当前实测熔融物料温度进行修正。

2.根据权利要求1所述的一种高温熔融物料温度的自校正方法，其特征在于：在物料冶金炉窑口设置一次热电偶，一次热电偶测量的输出信号通过信号放大器将信号调理放大后转变成标准4～20mA输出，调理放大的输出信号连接到二次智能显示仪表，二次智能显示仪表有输入模块、输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量按钮和发送操作按钮构成，输入模块采用绝缘密封式标准4～20mA端子，输出模块采用支持TCP/IP加密包的透明传输协议，输出模块的输出信号通过WIFI模块和无线路由器存储到远程监控计算机内，液晶显示面板用来显示设定的目标熔融物料温度、测量熔融物料温度和自校正熔融物料温度以及数据传输发送状态信息，存储和计算模块实现自校正温度计算过程和自动刷新中间存储参数。

3.根据权利要求2所述的一种高温熔融物料温度的自校正方法，其特征在于：所述与一次热电偶前端连接的测量信号线采用陶瓷绝缘保护套、玻璃纤维及屏蔽层进行隔热防护和信号隔离。

4.根据权利要求2或3所述的一种高温熔融物料温度的自校正方法使用的装置，其特征在于：包括一次热电偶（1），所述一次热电偶（1）设置在物料冶金炉窑口，所述一次热电偶（1）连接二次智能显示仪表（2），所述一次热电偶（1）与二次智能显示仪表（2）之间设置信号放大器，所述信号放大器输出标准为4～20mA，所述二次智能显示仪表（2）通过WIFI模块和无线路由器（3）连接远程监控计算机（4），所述二次智能显示仪表（2）有输入模块、输出模块、液晶显示面板、存储和计算模块、测量按钮和发送操作按钮构成，所述输入模块设有绝缘密封式标准4～20mA端子，所述输出模块支持TCP/IP加密包的透明传输协议。

5.根据权利要求1或2所述的一种高温熔融物料温度的自校正方法，其特征在于算法模型的详细计算过程如下：1）检查测量存储单元数据T_i，当T_i≤0，T_i+1＞0，i＝1,2,…,9时，则令T_i+1，…，T₁₀＝T_i；t_i+1，…，t₁₀＝t_i；当T_i＞0时，则T₁、T₂、…、T₁₀；t₁、t₂…、t₁₀；2）计算时间码S_i-j，即计算当前测量时间码与测量存储单元数据T_i＞0时的时间码标记差值；3）计算时间尺度t_i-j；4）计算加权因子a_i、时间尺度均值μ和时间标准差σ；5）测量温度基准偏差ΔT_i和影响因子k_i；6）计算自校正温度结果。

6.根据权利要求5所述的一种高温熔融物料温度的自校正方法，其特征在于计算公式如下：

T_O＝T_C+_αik_iΔT_ii＝1,2,...,5   (1)

a_i＝2^-i   (2)

$k_i=\frac{1}{\sqrt{2}\mathrm{\&pi;}}{e}^{-\frac{{(\mathrm{\&mu;}-t_i)}^2}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}}---\left(3\right)$

ΔT_i＝-（T_i-T_s）   (4)

$\mathrm{\&mu;}=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{t}_j,n=10,j=\mathrm{1,2},...,n---\left(5\right)$

${\mathrm{\&sigma;}}^2=\frac{1}{n-1}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(t_j-\mathrm{\&mu;})}^2---\left(6\right)$

其中时间标识码和时间尺度约定规则如式(7)、(8)所示：

S_i-j:dd_i-j:hh_i-j:mm_i-j:ss_i-j   (7)

$t_{i-j}=({\mathrm{dd}}_i-{\mathrm{dd}}_j)*24+{\mathrm{hh}}_i-{\mathrm{hh}}_j+\frac{{\mathrm{mm}}_i-{\mathrm{mm}}_j}{60}+\frac{{\mathrm{ss}}_i-{\mathrm{ss}}_j}{3600}---\left(8\right)$

T_O是自校正温度；

T_C是当前实测温度；

ΔT_i是第i次实测温度与当前设定目标温度之间的基准差值；

T_i是第i次实测温度；

T_s是当前设定目标温度；

a_i是第i个温度差值加权系数；

k_i是第i个温度差值影响系数；

μ是当前温度测量时间与历史温度测量时间间隔小时数；

σ是时间标识标准差；

S_i-j是计算时间码；

t_i-j是计算时间尺度；

dd_i是第i次测量温度时间对应日期；

dd_j是第j次测量温度时间对应日期；

hh_i是第i次测量温度时间对应小时数；

hh_j是第j次测量温度时间对应小时数；

mm_i是第i次测量温度时间对应分钟数；

mm_j是第j次测量温度时间对应分钟数；

ss_i是第i次测量温度时间对应秒数；

ss_j是第j次测量温度时间对应秒数；

dd_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的日期之差；

hh_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的小时数之差；

mm_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的分钟数之差；

ss_i-j是第i次测量温度与第j次测量温度之间的秒数之差。

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