Beröringsfri temperaturmätning under drift av elektrisk utrustning

Alla elektriska apparater fungerar genom att leda en elektrisk ström genom dem, vilket ytterligare värmer upp ledningarna och utrustningen. I detta fall, under normal drift, skapas en balans mellan att höja temperaturen och att ta bort en del av den till omgivningen.

Om kontaktkvaliteten är defekt försämras de nuvarande flödesförhållandena och temperaturen stiger, vilket kan orsaka fel. Därför utförs periodisk övervakning av uppvärmningen av spänningsförande delar i komplexa elektriska enheter, särskilt högspänningsutrustning från kraftföretag.

För högspänningsapparater görs mätningar med en beröringsfri metod på säkert avstånd.

Principer för fjärrmätning av temperatur

Varje fysisk kropp har en rörelse av atomer och molekyler som åtföljs av emission av elektromagnetiska vågor… Objektets temperatur påverkar intensiteten i dessa processer, och dess värde kan uppskattas av värdet på värmeflödet.

Beröringsfri temperaturmätning bygger på denna princip.

En sondkälla med temperatur «T» avger ett värmeflöde «F» i det omgivande utrymmet, vilket uppfattas av en termisk sensor placerad på avstånd från värmekällan. Därefter visas signalen som konverterats av den interna kretsen på informationspanelen «I».

Apparater för att mäta temperatur, som mäter den med infraröd strålning, kallas infraröda termometrar eller deras förkortade namn «pyrometrar».

För deras exakta funktion är det viktigt att korrekt bestämma mätområdet på den elektromagnetiska vågskalan, som är ett område på cirka 0,5-20 mikron.

Faktorer som påverkar mätkvaliteten

Felet hos pyrometrar beror på ett antal faktorer:

1. ytan på objektets observerade område måste vara i området för direkt observation;
2. damm, dimma, ånga och andra föremål mellan värmesensorn och värmekällan försvagar signalen, liksom spår av smuts på optiken;
3. strukturen och tillståndet på ytan på den undersökta kroppen påverkar intensiteten av det infraröda flödet och termometerns avläsningar.

Förklarar den tredje faktorn grafen för förändring i emissivitet? av våglängden.

Det demonstrerar egenskaperna hos svarta, gråa och färgavsändare.

Förmågan hos infraröd strålning Фs av ett svart material tas som grund för att jämföra andra produkter och tas lika med 1. Koefficienterna för alla andra verkliga ämnen ФR blir mindre än 1.

I praktiken omvandlar pyrometrar strålningen från verkliga objekt till parametrarna för en ideal sändare.

Mätningen påverkas också av:

• våglängden för det infraröda spektrum vid vilket mätningen görs;

• testämnets temperatur.

Hur en beröringsfri temperaturmätare fungerar

Enligt metoden för att mata ut information och dess bearbetning är enheter för fjärrkontroll av ytuppvärmning indelade i:

• pyrometrar;

• värmekamera.

Pyrometeranordning

Konventionellt kan sammansättningen av dessa enheter presenteras block för block:

• infraröd sensor med optiskt system och reflekterande ljusledare;

• en elektronisk krets som omvandlar den mottagna signalen;

• en display som visar temperaturen;

• strömknappen.

Flödet av termisk strålning fokuseras av ett optiskt system och riktas av speglar till en sensor för primär omvandling av termisk energi till en elektrisk signal med ett spänningsvärde som är proportionellt mot den infraröda strålningen.

Den sekundära omvandlingen av den elektriska signalen sker i den elektroniska enheten, varefter mät- och rapporteringsmodulen visar information på displayen som regel i digital form.

Vid första anblicken verkar det som att användaren behöver mäta temperaturen på ett fjärrobjekt:

• slå på enheten genom att trycka på knappen;

• ange föremålet som ska undersökas;

• ta en deposition.

För noggrann mätning är det dock nödvändigt att inte bara ta hänsyn till de faktorer som påverkar avläsningarna, utan också att välja rätt avstånd till objektet, vilket bestäms av enhetens optiska upplösning.

Pyrometrar har olika betraktningsvinklar, vars egenskaper, för användarens bekvämlighet, väljs för förhållandet mellan avståndet till mätobjektet och täckningsområdet för den kontrollerade ytan. Som ett exempel visar bilden ett förhållande på 10:1.

Eftersom dessa egenskaper är direkt proportionella mot varandra, för exakt temperaturmätning är det nödvändigt att inte bara rikta enheten korrekt mot objektet, utan också att välja avståndet för att välja området för det uppmätta området.

Det optiska systemet kommer sedan att bearbeta värmeflödet från den önskade ytan utan att beakta effekten av strålning från omgivande föremål.

För detta ändamål är förbättrade modeller av pyrometrar utrustade med laserbeteckningar som hjälper till att rikta den termiska sensorn till objektet och underlätta bestämningen av arean av den observerade ytan. De kan ha olika funktionsprinciper och ha olika målnoggrannhet.

En enda laserstråle indikerar endast ungefär platsen för mitten av det kontrollerade området och gör det möjligt att bestämma dess gränser oprecist. Dess axel är förskjuten i förhållande till mitten av det optiska pyrometersystemet. Detta introducerar ett parallaxfel.

En koaxial metod saknar denna nackdel - laserstrålen sammanfaller med enhetens optiska axel och anger noggrant mitten av det uppmätta området, men bestämmer inte dess gränser.

En indikation på dimensionerna för det kontrollerade området tillhandahålls i målpekaren med en dubbel laserstråle... Men på små avstånd till objektet tillåts ett fel på grund av den initiala avsmalningen av känslighetsområdet. Denna nackdel är mycket uttalad med objektiv med kort brännvidd.

Korslaserbeteckningar förbättrar noggrannheten hos pyrometrar utrustade med linser med kort fokus.

En enda cirkulär laserstråle låter dig bestämma observationsområdet, men den har också parallax och överskattar enhetens avläsningar på korta avstånd.

En cirkulär precisionslaserdesignator fungerar mest tillförlitligt och saknar alla nackdelar med tidigare konstruktioner.

Pyrometrar visar temperaturinformation med hjälp av en text-numerisk visningsmetod som kan kompletteras med annan information.

Värmeisoleringsanordning

Utformningen av dessa temperaturmätningsanordningar liknar den hos pyrometrar. De har en hybridmikrokrets som ett mottagande element i den infraröda strålningsströmmen.

Med sitt ljuskänsliga epitaxiella skikt uppfattar den IR-flöde genom ett kraftigt dopat substrat med sitt ljuskänsliga epitaxiella skikt.

Enheten för mottagaren av en värmekamera med en hybridmikrokrets visas på bilden.

Värmekänsligheten hos värmekamera baserade på matrisdetektorer gör att du kan mäta temperaturen med en noggrannhet på 0,1 grader. Men sådana enheter med hög noggrannhet används i termografer av komplexa stationära laboratorieinstallationer.

Alla metoder för att arbeta med en värmekamera utförs på samma sätt som med en pyrometer, men en bild av elektrisk utrustning visas på skärmen, presenterad redan i en reviderad färgskala, med hänsyn till tillståndet för uppvärmning av alla delar.

Bredvid värmebilden finns en skala för att konvertera färger till en temperaturlinjal.

När du jämför prestandan för en pyrometer och en värmekamera kan du se skillnaden:

• pyrometern bestämmer medeltemperaturen i området den observerar;

• värmekameran låter dig bedöma uppvärmningen av alla ingående element som finns i det område som den övervakar.

Designfunktioner för beröringsfria temperaturmätare

Enheterna som beskrivs ovan representeras av mobila modeller som tillåter konsekventa temperaturmätningar på många platser där elektrisk utrustning används:

• ingångar för kraft- och mättransformatorer och omkopplare;

• kontakter på frånskiljare som arbetar under belastning;

• sammansättningar av bussystem och sektioner av högspänningsställverk;

• på platserna för anslutning av ledningar av luftledningar och andra platser för kommutering av elektriska kretsar.

Men i vissa fall när man utför tekniska operationer på elektrisk utrustning behövs inte komplexa konstruktioner av beröringsfria temperaturmätare, och det är fullt möjligt att klara av enkla modeller installerade permanent.

Ett exempel är metoden för att mäta resistansen hos generatorns rotorlindning när man arbetar med en likriktarexciteringskrets. Eftersom stora AC-komponenter induceras i den, utförs kontrollen av dess uppvärmning kontinuerligt.

Fjärrmätning och visning av temperatur vid magnetiseringsspolen utförs på en roterande rotor. Termosensorn är permanent placerad i den mest gynnsamma kontrollzonen och uppfattar värmestrålarna som riktas mot den. Signalen som behandlas av den interna kretsen matas ut till en informationsdisplayanordning, som kan vara utrustad med en pekare och en skala.

System som bygger på denna princip är relativt enkla och tillförlitliga.

Beroende på syftet är pyrometrar och värmekamera indelade i enheter:

• hög temperatur, designad för att mäta mycket heta föremål;

• låg temperatur, kan kontrollera även kylning av delar under frysning.

Designen av moderna pyrometrar och värmekamera kan utrustas med kommunikationssystem och överföring av information genom RS-232 buss med fjärrdatorer.