Компенсация методической погрешности при ИК-контроле нагрева круглых пил

УДК

674.053:621.93

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2015.6.107

Аннотация

В качестве параметра контроля и прогнозирования работоспособности круглопильного оборудования предлагается использовать температуру нагрева дереворежущих круглых пил. В реальных условиях процесса лесопиления температуру режущего инструмента указанного типа станков можно измерять методом инфракрасного теплового контроля. Основной проблемой этого метода является высокая вероятность появления методической погрешности измерения, величина которой при определенных условиях делает его непригодным. Поэтому целью проведенного исследования являлось установление способа компенсации методической погрешности, снижающего разницу между инструментальной и фактической температурами до минимальных значений. Методическая погрешность при дистанционном измерении температуры радиационными пирометрами определяется точностью учета коэффициента теплового излучения объекта. Значение коэффициента теплового излучения зависит от многочисленных факторов, основные из которых – материал и температура объекта,
а также температура окружающего пространства. При выполнении теоретических изысканий было установлено, что в справочных и методических источниках отсутствуют достоверные сведения о величине и характере изменения коэффициента излучения инструментальных низколегированных сталей, применяемых для корпусов пил. Поэтому было принято решение о проведении эксперимента с использованием метода тепловой стимуляции. В результате эксперимента было установлено, что коэффициент теплового излучения корпусов круглых пил снижается при увеличении температуры нагрева от +30 до +100 ^оС и повышается при увеличении температуры рабочего пространства пил от +10 до +20 ^оС. Коэффициент теплового излучения для указанных температурных диапазонов при измерении пирометрами частичного излучения
в спектре 8…14 мкм изменяется от 0,20 до 0,34. В ходе регрессионного анализа результатов эксперимента были установлены аналитические зависимости коэффициента теплового излучения от температуры нагрева и воздушной среды в зоне инфракрасного контроля для круглых пил, изготовленных из инструментальных сталей марок 9ХФ и 80CrV2. Применение регрессионных уравнений позволяет компенсировать методическую погрешность при радиационном температурном контроле на уровне, не превышающем 5 %. Они могут быть использованы при настройке пирометров частичного излучения для производства измерений. 

Сведения об авторах

© М.А. Хвиюзов, ст. преп.

А.Н. Галашев, доц.

И.И. Соловьев, доц.

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: mik5512@yandex.ru; galashev@list

Ключевые слова

температурный перепад, инфракрасный пирометр, коэффициент теплового излучения, нагрев, дисковая пила

Литература

1. Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль. М.: ИД «Спектр», 2009. 544 с.

2. Воскобойников Ю.Е. Регрессионный анализ данных в пакете Mathcad: учеб. пособие. СПб.: Лань, 2011. 224 с.

3. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков В.С. Теплотехнические измерения и приборы: учеб. для вузов. М.: Изд-во МЭИ, 2005. 460 с.

4. Неделько Н.А. Основные преимущества и недостатки пирометрического метода измерения температуры перед контактным // Оборудование. 2006. №2.
С. 21–23.

5. Нестерук Д.А., Вавилов В.П. Тепловой контроль и диагностика: учеб. пособие для подготовки специалистов I, II, III уровней. Томск: ТПУ, 2007. 104 с.

6. Санев В.И. Обработка древесины круглыми пилами. М.: Лесн. пром-сть, 1980. 232 с.

7. Стахиев Ю.М. Работоспособность круглых пил. М.: Лесн. пром-сть, 1989. 384 с.

8. Фрунзе А.В. Влияние методических погрешностей пирометра на выбор прибора // Фотоника. 2012. № 3. С. 46–51; С. 56–60.

9. Фрунзе А.В. Об одной малоизвестной особенности пирометров спектрального отношения // Фотоника. 2013. № 3. С. 86–96.

10. Хвиюзов М.А., Галашев А.Н. Расчет температуры нагрева поверхности пильного диска при осуществлении пирометрического контроля // Лесн. журн. 2013. № 1. С. 60–65. (Изв. высш. учеб. заведений).

11. Цветков Ф.Ф. Тепломассообмен: учеб. пособие для вузов. М.: Изд-во МЭИ, 2005. 550 с.

12. Booth N., Smith A.S. Infrared Detectors. New York & Boston. Goodwin House Publishers. 1997. Р. 241–248.

13. Chrzanowski K., Szulim M. Error of temperature measurement with multiband infrared systems // Applied Optics. 1999. Vol. 38, N 10. 1998 p.

14. Maldague X. Theory and practice of infrared technology for nondestructive
testing. USA: John Wiley & Sons., 2001. 684 р.

Поступила 26.01.15

Ссылка на английскую версию:

Compensation of Method Error in the Infrared Heating Control of Circular Saws

UDC 674.053:621.93

Compensation of Method Error in the Infrared Heating Control of Circular Saws

M.A. Khviyuzov, Senior Lecturer

A.N. Galashev, Associate Professor

I.I. Soloviev, Associatte Professor

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

e-mail: mik5512@yandex.ru; galashev@list

We suggested using the heating temperature of wood-cutting circular saws as the control and forecasting parameter of operability of a circular-saw bench. The temperature measuring of a cutting instrument of the indicated type in the lumber sawing process was possible by the method of infrared thermal control. The basic problem of infrared control was a high probability of occurrence of the method error of measurement, the dimensions of which, under certain conditions, made this method unsuitable. In this context the goal of research was to establish the mode of the method error compensation, reducing the difference between the tool and actual temperatures to a minimum. The value of the method error in remote temperature measurement by total radiation pyrometers was determined by the accuracy of taking account of coefficient of thermal emissivity of an object. The coefficient of thermal emissivity depended on numerous factors: the material and temperature of an object and external temperature. As a result of the theoretical research it was found, that there was no reliable information in the reference and methodological sources on the magnitude and nature of changes of radiation coefficient of instrument low-alloy steel applied for a saw blade housing. Therefore, it was decided to conduct an experiment using the method of thermal stimulation. As a result of the experiment it was found, that the coefficient of thermal emissivity of a saw blade housing was reduced with increasing heating temperature ranging +30…+100 °C and increased with increasing temperature of the saws work space ranging +10…+20 °C. The coefficient of thermal emissivity for the mentioned temperature ranged when measured by the pyrometers of partial radiation in the spectrum of 8 ... 14 um varied 0.2…0.34. As a result of regression analysis of the experiment we have established the analytic dependences of values of thermal emissivity coefficient on the heating temperature and external temperature in the area of infrared control for circular saws, made from instrument steel of 9ХФ and 80CrV2 brands. Application of regression equations enables to compensate the method error in the radiation temperature control at a level not to exceed
5 %, and they can be used at setting of pyrometers of partial radiation for measuring.

Keywords: temperature difference, infrared pyrometer, coefficient of thermal emissivity, heating, circular saw.

REFERENCES

1. Vavilov V.P. Infrakrasnaya termografiya i teplovoy kontrol' [Infrared Thermography and Thermal Control]. Moscow, 2009. 544 p.

2. Voskoboynikov Yu.E. Regressionnyy analiz dannykh v pakete Mathcad [Data Regression Analysis in the Mathcad]. Saint Petersburg, 2011. 224 p.

3. Ivanova G.M., Kuznetsov N.D., Chistyakov V.S. Teplotekhnicheskie izmereniya i pribory [Thermal Measurement and Devices]. Moscow, 2005. 460 p.

4. Nedel'ko N.A. Osnovnye preimushchestva i nedostatki pirometricheskogo metoda izmereniya temperatury pered kontaktnym [The Main Advantages and Disadvantages of Pyrometric Temperature Measurement Method From the Contact Method]. Oborudovanie, 2006, no. 2, pp. 21–23.

5. Nesteruk D.A., Vavilov V.P. Teplovoy kontrol' i diagnostika. Uchebnoe posobie dlya podgotovki spetsialistov I, II, III urovney [Heat Control and Diagnostics. Training Manual for the I, II, III Levels Specialists]. Tomsk, 2007. 104 p.

6. Sanev V.I. Obrabotka drevesiny kruglymi pilami [Circular Saws Woodworking]. Moscow, 1980. 232 p.

7. Stakhiev Yu.M. Rabotosposobnost' kruglykh pil [Сircular Saw's Aggressiveness]. Moscow, 1989. 384 p.

8. Frunze A.V. Vliyanie metodicheskikh pogreshnostey pirometra na vybor pribora [Influence of Pyrometer Method Errors on the Device Selection]. Photonika, 2012, no. 3, pp. 46–51, 56–60.

9. Frunze A.V. Ob odnoy maloizvestnoy osobennosti pirometrov spektral'nogo otnosheniya [On One Little-Known Feature of Spectral Ratio Pyrometers]. Photonika, 2013, no. 3, pp. 86–96.

10. Khviyuzov M.A., Galashev A.N. Raschet temperatury nagreva poverkhnosti pil'nogo diska pri osushchestvlenii pirometricheskogo kontrolya [Temperature Calculation of the Blade Heating Surface in the Implementation of the Control Pyrometer]. Lesnoy zhurnal, 2013, no. 1, pp. 60–65.

11. Tsvetkov F.F. Teplomassoobmen [Heat and Mass Transfer]. Moscow, 2005. 550 p.

12. Booth N., Smith A.S. Infrared Detectors. New York & Boston, 1997, pp. 241–248.

13. Chrzanowski K., Szulim M. Error of Temperature Measurement with Multiband Infrared Systems. Applied Optics, 1999, vol. 38, no. 10. 1998 p.

14. Maldague X. Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing. New York, 2001. 684 p.

Received on January 26, 2015