精密鑄件的溫度測控
成功的精密鑄件製造商知道過程控制對於生產高質量鑄件的重要性。 鑄造過程中的關鍵變量包括模具溫度、模具的隔熱性能、循環時間和操作者的方法等。然而，最關鍵的工藝變量是金屬溫度。 在精密鑄造過程中，金屬溫度的非接觸測量有許多主要困難。 然而，最近開發的一組設備可以提供實時準確的定量反饋，揭示潛在的問題。
溫度的重要性
在精密鑄造過程中，特別是在“等軸”過程中，金屬溫度是主導因素，因此，它也直接影響到許多質量特性。 如果測量和控制不當，金屬溫度的差異會影響成品鑄件尺寸、晶粒度、氣孔率（表面和內部）、力學性能、產品質量（即熱裂傾向）、薄層的豐滿度。 -壁部件等。產生影響。
因此，改進金屬溫度的測量和控制將提高質量和生產率，減少維護和人工成本，降低檢測成本和責任賠償成本。
測溫難度
精密鑄造，特別是採用感應熔煉設備的精密鑄造，一般採用某種類型的非接觸式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。 使用常規高溫計的人可能不了解其測量中潛在的誤差來源，而只是關注儀器的“精度”技術條件，往往會被誤導。 這些精度規格只是實驗室環境中的理想目標。 現實世界中的某些條件會導致測量誤差值高得驚人。 它們包括（但不限於）以下內容：
- 未知/變化的發射率——各種合金、擾動效應、溫度和波長依賴性以及加工過程中成分的變化等，所有這些都對發射率的不可預測性起作用。
- 蒸汽排放：對於高壓熔煉（接近和高於大氣壓），熔池或坩堝中溢出的氣體會增加或減少熱輻射，從而引起誤差。
- 觀察孔障礙物：對於大多數儀器而言，任何信號減弱都會導致溫度指示值下降； 觀察窗上的污垢會影響大多數高溫計的精度。
- 觀察窗玻璃材料：並非所有玻璃都具有相同的透射特性； 有些是“灰色”顏色，而其他玻璃的透射特性隨波長而變化。 這將導致傳統高溫計失效。
- 校準：行業標準是每年校準一次。 但是，儀器的漂移和故障有其自身的時間表。 理想的方法是校準工廠中使用的所有光學組件（觀察鏡或觀察鏡）。
- 儀器校準：通過鏡頭瞄準需要兩條光路準確重疊，這會影響到所有級別的常規高溫計。
這些困難是光學溫度測量所獨有的。 同時，也存在與工藝相關的困難，使任何類型儀表的溫度測量複雜化，包括：
- 工藝變量的可接受範圍：除非整個熔爐處於穩定狀態（通常，這是不現實的），否則，在鑄造過程中，溫度會有一個範圍，這個溫度範圍必須是非常重要的能夠保證產品的質量。
- 信號處理能力：測量儀器和控制設備之間的每一次模數轉換或數模轉換都是潛在的誤差源，模擬範圍過寬導致精度不足。
- 熔煉技術：熔煉技術不好會造成高蒸氣壓元素過渡沸騰、熔池表面擾動或形成反應產物，這些都會造成常規高溫計的誤差。
- 錠、坩堝、卷材的匹配：對於熔煉循環的特性，熔煉系統的這三個組成部分都很重要。 匹配不當會導致熔化緩慢且不均勻，局部過熱或濺射。 這些也是傳統高溫計的誤差來源。
高溫光譜儀解決問題
高溫測量技術有其先天優勢：無污染，拆下傳感器不會中毒； 易於安裝和使用； 可以進行連續測量； 無消耗材料； 災難性故障（測量功能喪失）極為罕見。 現在，高溫計科學的進步已經解決了與實際使用世界相關的各種問題。 高溫光譜儀是一種全新的儀器，是專家系統型多波長高溫計，具有很好的解決這些問題的能力。
除了在現實世界中提供出色的精度外，高溫能譜儀還有許多其他優點：它可以在每次測量期間提供質量和公差（即測量過程中的不確定度）的實時讀數； 它還可以提供信號強度，相同溫度和狀態下目標與理想目標的比較。 這兩個功能可以提供有關原材料和工藝狀態的有價值的信息，有助於確保合金的正確成分並顯示合金材料是否沸騰和蒸發。 顯然，掌握了這些信息的用戶也可以將其應用到一些更高級的領域。
在各種不同的應用中，高溫光譜儀解決了非接觸式測溫的難題。
- 發射率：發射率會隨著每一批材料樣品的變化而變化，這是高溫測量中的理論計算與現實世界中的材料行為之間的相關性。 對於精密鑄造行業，金屬的輻射率變化很大。 對於任何樣品，其發射率取決於成分、機械和熱特性的歷史條件、進行測量的波長以及溫度本身。 分析人士認為，溫度的相對誤差與發射率的相對誤差成正比，即：
- 其中：T為溫度，為發射率，ΔT和Δ分別為誤差。 對於精密鑄造，液態金屬的發射率值往往在0.15～0.30範圍內，分母中較小的發射率值對溫度誤差影響較大。
鑄造車間可能會提供由 20 或 30 種不同合金元素製成的零件。 合金材料的少量變化對金屬發射率的影響的量化尚未大規模進行。 因此，沒有關於精密鑄造合金發射率的手冊。 . 成分的相似性不能用來估計發射率，少量的添加劑可以極大地改變發射率。 如圖1所示，圖中所示的兩種合金的發射率，成分的差異是添加元素的總原子量的2%。 由此產生的發射率差異導致根據合金“校準”的高溫計產生數百度的讀數誤差。 大的誤差會造成工藝混亂，使冶煉爐停爐數日。
高溫光譜儀是一種不需要提前準備任何信息，可以進行準確測量的高溫計，無論發射率如何，不受環境限制。 它顯示了 FAR 高溫光譜儀記錄的溫度和發射率，用於監測鎳基精密鑄造合金。 從圖中可以看出，功率設定值的每一次變化都會引起發射率的快速尖峰狀增加，這是由於熔融物料的電磁攪拌受到干擾而引起的，會加強發射率。 液體的運動形成一個小腔，由於多次反射的影響，它增加了吸收和發射。 其次，當熔體冷卻時，發射率發生階梯式變化：1:15左右，發生率降低10%以上，從0.245降至0.220。
這種效應與合金材料的沸騰和蒸發是一致的。 當這種變化發生時，溫度保持恆定。 最後，熔體凍結，發射率急劇變化，從 0.22 變為 0.60。 緩慢降低的溫度和同時緩慢增加的發射率表明金屬硬化過程處於漿態，而不是像水變成冰那樣突然的相變。 圖 3 顯示了與圖 2 相同的過程，但這次增加了傳統高溫計的輸出。 除了溫度誤差大，需要注意的是，在斷電冷卻過程中，常規高溫計是無法測量的。 在 1:35 到 1:50 之間，高溫計報告溫度升高。 這是一種錯誤情況，由金屬冷卻過程中發射率的增加引起。
在實際操作中，不正確的發射率造成的巨大溫度誤差不僅影響產品質量，而且會產生電能浪費、循環時間延長、耐火材料磨損增加等明顯後果。兩條軌跡曲線是溫度和發射率在由高溫計測量的四個連續鑄造週期中。 峰值溫度不是沒有特別可重複的，可以看到圖4的發射率有很多比較大的尖峰，說明有特別大的擾動。 尖峰是由劇烈的電磁攪拌引起的。
過程如下：熔體中的擾動增強了發射率，常規高溫計將其解釋為超溫值； 然後，作為對這種現象的反應，控制器切斷電源； 電源切斷之後，擾動平息，然後常規高溫計檢測到溫度過低的情況，再次打開電源。 由此產生的電流浪湧劇烈地攪動熔融材料，開始週期性循環，劇烈的擾動引起耐火材料的腐蝕。 結果，在產品中產生夾雜物。
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