Berøringsfri temperaturmåling under drift av elektrisk utstyr

Alle elektriske apparater fungerer ved å føre en elektrisk strøm gjennom dem, som varmer opp ledningene og utstyret ytterligere. I dette tilfellet, under normal drift, skapes det en balanse mellom å øke temperaturen og å fjerne en del av den til miljøet.

Hvis kontaktkvaliteten er defekt, forringes strømningsforholdene og temperaturen stiger, noe som kan forårsake funksjonsfeil. Derfor, i komplekse elektriske enheter, spesielt høyspentutstyr til kraftbedrifter, utføres periodisk overvåking av oppvarming av strømførende deler.

For høyspenningsenheter utføres målinger med en berøringsfri metode på sikker avstand.

Prinsipper for fjerntemperaturmåling

Hver fysisk kropp har en bevegelse av atomer og molekyler som er ledsaget av emisjon av elektromagnetiske bølger… Temperaturen til objektet påvirker intensiteten til disse prosessene, og verdien kan estimeres ved verdien av varmestrømmen.

Berøringsfri temperaturmåling er basert på dette prinsippet.

En sondekilde med temperatur «T» avgir en varmefluks «F» i det omkringliggende rommet, som oppfattes av en termisk sensor plassert i avstand fra varmekilden. Etter det vises signalet konvertert av den interne kretsen på informasjonspanelet «I».

Apparater for å måle temperatur, som måler den ved infrarød stråling, kalles infrarøde termometre eller deres forkortede navn «pyrometre».

For nøyaktig drift er det viktig å bestemme måleområdet riktig på den elektromagnetiske bølgeskalaen, som er et område på omtrent 0,5-20 mikron.

Faktorer som påvirker målekvaliteten

Feilen til pyrometre avhenger av en rekke faktorer:

1. overflaten av det observerte området til objektet må være i området for direkte observasjon;
2. støv, tåke, damp og andre gjenstander mellom varmesensoren og varmekilden svekker signalet, samt spor av skitt på optikken;
3. strukturen og tilstanden til overflaten til den undersøkte kroppen påvirker intensiteten av den infrarøde fluksen og avlesningene til termometeret.

Forklarer den tredje faktoren grafen for endring i emissivitet? av bølgelengden.

Den demonstrerer egenskapene til svarte, grå og fargeemittere.

Evnen til infrarød stråling Фs av et svart materiale tas som grunnlag for å sammenligne andre produkter og tas lik 1. Koeffisientene til alle andre reelle stoffer ФR blir mindre enn 1.

I praksis konverterer pyrometre strålingen fra virkelige objekter til parametrene til en ideell emitter.

Målingen påvirkes også av:

• bølgelengden til det infrarøde spekteret som målingen gjøres ved;

• temperatur på teststoffet.

Hvordan en berøringsfri temperaturmåler fungerer

I henhold til metoden for å sende ut informasjon og dens behandling, er enheter for fjernkontroll av overflateoppvarming delt inn i:

• pyrometre;

• termiske kameraer.

Pyrometer enhet

Konvensjonelt kan sammensetningen av disse enhetene presenteres blokk for blokk:

• infrarød sensor med optisk system og reflekterende lysleder;

• en elektronisk krets som konverterer det mottatte signalet;

• et display som viser temperaturen;

• strømknappen.

Strømmen av termisk stråling er fokusert av et optisk system og rettet av speil til en sensor for primær konvertering av termisk energi til et elektrisk signal med en spenningsverdi proporsjonal med den infrarøde strålingen.

Den sekundære konverteringen av det elektriske signalet skjer i den elektroniske enheten, hvoretter måle- og rapporteringsmodulen viser informasjon på displayet, som regel i digital form.

Ved første øyekast ser det ut til at brukeren trenger å måle temperaturen på et eksternt objekt:

• slå på enheten ved å trykke på knappen;

• spesifisere objektet som skal undersøkes;

• ta et innskudd.

For nøyaktig måling er det imidlertid nødvendig å ikke bare ta hensyn til faktorene som påvirker avlesningene, men også velge riktig avstand til objektet, som bestemmes av enhetens optiske oppløsning.

Pyrometre har forskjellige synsvinkler, hvis egenskaper, for brukerens bekvemmelighet, er valgt for forholdet mellom avstanden til måleobjektet og dekningsområdet til den kontrollerte overflaten. Som et eksempel viser bildet et forhold på 10:1.

Siden disse egenskapene er direkte proporsjonale med hverandre, er det for nøyaktig temperaturmåling nødvendig ikke bare å rette enheten på objektet, men også velge avstanden for å velge området til det målte området.

Det optiske systemet vil da behandle varmefluksen fra ønsket overflate uten å ta hensyn til effekten av stråling fra omkringliggende objekter.

For dette formålet er forbedrede modeller av pyrometre utstyrt med laserbetegnelser som hjelper til med å rette den termiske sensoren til objektet og letter bestemmelsen av arealet av den observerte overflaten. De kan ha ulike driftsprinsipper og ha ulik målrettingsnøyaktighet.

En enkelt laserstråle indikerer bare omtrentlig plasseringen av midten av det kontrollerte området og gjør det mulig å bestemme grensene upresist. Aksen er forskjøvet i forhold til midten av det optiske pyrometersystemet. Dette introduserer en parallaksefeil.

En koaksial metode er blottet for denne ulempen - laserstrålen faller sammen med den optiske aksen til enheten og indikerer nøyaktig midten av det målte området, men bestemmer ikke grensene.

En indikasjon på dimensjonene til det kontrollerte området er gitt i målpekeren med en dobbel laserstråle... Men ved små avstander til objektet tillates en feil på grunn av den innledende innsnevringen av følsomhetsområdet. Denne ulempen er svært uttalt med objektiver med kort brennvidde.

Krysslaserbetegnelser forbedrer nøyaktigheten til pyrometre utstyrt med linser med kort fokus.

En enkelt sirkulær laserstråle lar deg bestemme observasjonsområdet, men den har også parallakse og overvurderer avlesningene til enheten på korte avstander.

En sirkulær presisjonslaserdesignator fungerer mest pålitelig og er blottet for alle ulempene med tidligere design.

Pyrometre viser temperaturinformasjon ved hjelp av en tekst-numerisk visningsmetode som kan suppleres med annen informasjon.

Termisk isolasjonsenhet

Utformingen av disse temperaturmåleenhetene ligner pyrometre. De har en hybrid mikrokrets som et mottakselement i den infrarøde strålingsstrømmen.

Med sitt lysfølsomme epitaksiale lag oppfatter den IR-fluks gjennom et sterkt dopet substrat med sitt lysfølsomme epitaksiale lag.

Enheten til mottakeren av et termisk bildeapparat med en hybrid mikrokrets er vist på bildet.

Den termiske følsomheten til termiske kameraer basert på matrisedetektorer lar deg måle temperaturen med en nøyaktighet på 0,1 grader. Men slike enheter med høy nøyaktighet brukes i termografer av komplekse laboratoriestasjonære installasjoner.

Alle metoder for å arbeide med et termisk kamera utføres på samme måte som med et pyrometer, men et bilde av elektrisk utstyr vises på skjermen, presentert allerede i et revidert fargespekter, med hensyn til oppvarmingstilstanden til alle deler.

Ved siden av det termiske bildet er en skala for å konvertere farger til en temperaturlinjal.

Når du sammenligner ytelsen til et pyrometer og et termisk kamera, kan du se forskjellen:

• pyrometeret bestemmer gjennomsnittstemperaturen i området det observerer;

• termokameraet lar deg vurdere oppvarmingen av alle bestanddeler som befinner seg i området den overvåker.

Designfunksjoner for berøringsfrie temperaturmålere

Enhetene beskrevet ovenfor er representert av mobile modeller som tillater konsistente temperaturmålinger på mange driftssteder for elektrisk utstyr:

• innganger av kraft og måletransformatorer og brytere;

• kontakter til frakoblere som opererer under belastning;

• samlinger av busssystemer og seksjoner av høyspentbryterutstyr;

• på stedene for tilkobling av ledninger til luftledninger og andre steder for kommutering av elektriske kretser.

Men i noen tilfeller når du utfører teknologiske operasjoner på elektrisk utstyr, er det ikke nødvendig med komplekse design av berøringsfrie temperaturmålere, og det er fullt mulig å takle enkle modeller som er installert permanent.

Et eksempel er metoden for å måle motstanden til generatorens rotorvikling når du arbeider med en likerettereksitasjonskrets. Siden store AC-komponenter induseres i den, utføres kontrollen av oppvarmingen kontinuerlig.

Fjernmåling og visning av temperatur ved eksitasjonsspolen utføres på en roterende rotor. Termosensoren er permanent plassert i den gunstigste kontrollsonen og oppfatter varmestrålene rettet mot den. Signalet som behandles av den interne kretsen sendes ut til en informasjonsdisplayenhet, som kan være utstyrt med en peker og en skala.

Ordninger basert på dette prinsippet er relativt enkle og pålitelige.

Avhengig av formålet er pyrometre og termiske kameraer delt inn i enheter:

• høy temperatur, designet for å måle veldig varme gjenstander;

• lav temperatur, i stand til å kontrollere selv kjøling av deler under frysing.

Designene til moderne pyrometre og termiske kameraer kan utstyres med kommunikasjonssystemer og overføring av informasjon gjennom RS-232 buss med eksterne datamaskiner.