摘要
高炉炉喉温度是高炉操作人员判断炉况和指导生产的重要参数之一。针对传统十字测温方式传感器易损坏、难更换和易堆料等问题，本文提出了基于超声波测温的非接触式炉喉多点测温方法，可有效弥补传统测温方式的不足。 本文通过对矩形和圆形待测区域进行分析，确定了超声波换能器的安装个数，利用实测温度，重建温度场，针对温度场中存在的边界信息缺失问题，提出了不同改进方法并进行误差分析。本文主要内容概括为： （1）确定超声波换能器的安装数量：通过对矩形和圆形两种待测区域以单峰对称、单峰偏斜、双峰、三峰模型温度场进行仿真，在遵循面积相等划分原则下对安装不同个数换能器进行区域最优划分，矩形待测区域可很好地利用空间优势，而圆形待测区域采用六边形划分方式，对比安装4、6、8个换能器，随着数量增多会增加控制复杂度，在考虑精度和成本双重因素后，选择安装8个换能器； （2）重建温度场：在两种不同待测区域中比较使用最小二乘法三次多项式插值（cubic）、线性插值（linear）、自然零点插值（natural）对不同温度场的重建效果，可重建温度场区域为所划分小区域最外层各中心点连线以内区域，存在严重的边缘信息缺失问题，但在可重建区域，对比安装4、6、8个换能器不同的重建效果，安装8个换能器使用cubic插值误差最小，精度最高； （3）针对矩形待测区域仿真存在的边缘信息缺失问题，对比了克里金插值法和径向基Multiquadric插值两种方法，在安装6个换能器时，在单峰模型中，两种方法的平均绝对误差小于5℃，均方根误差在5％以内，误差较稳定；复杂温度场中克里金插值法无法呈现出温度变化趋势，径向基 Multiquadric 插值的均方根误差最大为18.4389％，相比较有较好的重建效果；安装8个换能器时，克里金插值法最大均方根误差为6.8740％，而径向基插值法为7.1526％，前者重建精度更高。圆形待测区域采用四点样条插值法补全边界信息缺失后，在安装8个换能器时，平均绝对误差和均方根误差最大分为13.1625℃和15.68％，有一定的参考价值； （4）利用COMSOL有限元分析软件建立二维声波传播瞬态模型，分析声波在温度场中的飞渡时间，通过仿真说明超声波测温法可应用于高炉炉喉的温度场检测中，验证了方案的可行性。
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