Berøringsfri temperaturmåling under drift af elektrisk udstyr

Alle elektriske apparater fungerer ved at lede en elektrisk strøm gennem dem, som yderligere opvarmer ledninger og udstyr. I dette tilfælde skabes der under normal drift en balance mellem at øge temperaturen og at fjerne en del af den til miljøet.

Hvis kontaktkvaliteten er defekt, forringes de aktuelle strømningsforhold, og temperaturen stiger, hvilket kan forårsage en funktionsfejl. Derfor udføres periodisk overvågning af opvarmning af strømførende dele i komplekse elektriske enheder, især højspændingsudstyr fra kraftvirksomheder.

For højspændingsenheder udføres målinger ved en berøringsfri metode i sikker afstand.

Principper for fjerntemperaturmåling

Enhver fysisk krop har en bevægelse af atomer og molekyler, som er ledsaget af emission af elektromagnetiske bølger… Objektets temperatur påvirker intensiteten af ​​disse processer, og dens værdi kan estimeres ved værdien af ​​varmestrømmen.

Berøringsfri temperaturmåling er baseret på dette princip.

En sondekilde med en temperatur «T» udsender en varmeflux «F» i det omgivende rum, som opfattes af en termisk sensor placeret i en afstand fra varmekilden. Derefter vises signalet konverteret af det interne kredsløb på informationspanelet «I».

Enheder til måling af temperatur, som måler den ved infrarød stråling, kaldes infrarøde termometre eller deres forkortede navn «pyrometre».

For deres nøjagtige drift er det vigtigt at bestemme måleområdet korrekt på den elektromagnetiske bølgeskala, som er et område på cirka 0,5-20 mikron.

Faktorer, der påvirker målekvaliteten

Fejlen på pyrometre afhænger af en række faktorer:

1. overfladen af ​​objektets observerede område skal være i området for direkte observation;
2. støv, tåge, damp og andre genstande mellem varmesensoren og varmekilden svækker signalet, samt spor af snavs på optikken;
3. strukturen og tilstanden af ​​overfladen af ​​den undersøgte krop påvirker intensiteten af ​​den infrarøde flux og aflæsningerne af termometeret.

Forklarer den tredje faktor grafen for ændring i emissivitet? af bølgelængden.

Det demonstrerer karakteristikaene for sorte, grå og farveemittere.

Evnen til infrarød stråling Фs af et sort materiale tages som grundlag for at sammenligne andre produkter og tages lig med 1. Koefficienterne for alle andre reelle stoffer ФR bliver mindre end 1.

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

Målingen er også påvirket af:

• bølgelængden af ​​det infrarøde spektrum, ved hvilket målingen foretages;

• teststoffets temperatur.

Sådan fungerer en berøringsfri temperaturmåler

I henhold til metoden til udsendelse af information og dens behandling er enheder til fjernstyring af overfladeopvarmning opdelt i:

• pyrometre;

• termiske kameraer.

Pyrometer enhed

Konventionelt kan sammensætningen af ​​disse enheder præsenteres blok for blok:

• infrarød sensor med optisk system og reflekterende lysleder;

• et elektronisk kredsløb, der konverterer det modtagne signal;

• et display, der viser temperaturen;

• tænd/sluk-knappen.

Strømmen af ​​termisk stråling fokuseres af et optisk system og ledes af spejle til en sensor til den primære omdannelse af termisk energi til et elektrisk signal med en spændingsværdi proportional med den infrarøde stråling.

Den sekundære konvertering af det elektriske signal sker i den elektroniske enhed, hvorefter måle- og rapporteringsmodulet viser information på displayet, som regel i digital form.

Ved første øjekast ser det ud til, at brugeren skal måle temperaturen på et fjerntliggende objekt:

• tænd for enheden ved at trykke på knappen;

• specificere det objekt, der skal undersøges;

• tage et afslag.

Men for nøjagtig måling er det nødvendigt ikke kun at tage højde for de faktorer, der påvirker aflæsningerne, men også at vælge den korrekte afstand til objektet, som bestemmes af enhedens optiske opløsning.

Pyrometre har forskellige synsvinkler, hvis egenskaber af hensyn til brugernes bekvemmelighed er valgt for forholdet mellem afstanden til måleobjektet og dækningsområdet for den kontrollerede overflade. Som eksempel viser billedet et forhold på 10:1.

Da disse egenskaber er direkte proportionale med hinanden, for nøjagtig temperaturmåling er det nødvendigt ikke kun at rette enheden korrekt mod objektet, men også at vælge afstanden for at vælge området af det målte område.

Det optiske system vil så behandle varmefluxen fra den ønskede overflade uden at tage hensyn til effekten af ​​stråling fra omgivende genstande.

Til dette formål er forbedrede modeller af pyrometre udstyret med laserbetegnelser, der hjælper med at dirigere den termiske sensor til objektet og letter bestemmelsen af ​​arealet af den observerede overflade. De kan have forskellige driftsprincipper og have forskellig målretningsnøjagtighed.

En enkelt laserstråle angiver kun tilnærmelsesvis placeringen af ​​midten af ​​det kontrollerede område og gør det muligt at bestemme dets grænser upræcist. Dens akse er forskudt i forhold til midten af ​​det optiske pyrometersystem. Dette introducerer en parallaksefejl.

En koaksial metode er blottet for denne ulempe - laserstrålen falder sammen med enhedens optiske akse og angiver nøjagtigt midten af ​​det målte område, men bestemmer ikke dets grænser.

En indikation af dimensionerne af det kontrollerede område er tilvejebragt i målmarkøren med en dobbelt laserstråle... Men ved små afstande til objektet tillades en fejl på grund af den indledende indsnævring af følsomhedsområdet. Denne ulempe er meget udtalt med objektiver med kort brændvidde.

Krydslaserbetegnelser forbedrer nøjagtigheden af ​​pyrometre udstyret med linser med kort fokus.

En enkelt cirkulær laserstråle giver dig mulighed for at bestemme observationsområdet, men den har også parallakse og overvurderer enhedens aflæsninger på korte afstande.

En cirkulær præcisionslaserdesignator fungerer mest pålideligt og er fri for alle ulemperne ved tidligere designs.

Pyrometre viser temperaturoplysninger ved hjælp af en tekst-numerisk visningsmetode, der kan suppleres med anden information.

Termisk isoleringsenhed

Designet af disse temperaturmåleanordninger ligner pyrometres. De har et hybrid mikrokredsløb som et modtagende element i den infrarøde strålingsstrøm.

Med sit lysfølsomme epitaksiale lag opfatter den IR-flux gennem et stærkt doteret substrat med sit lysfølsomme epitaksiale lag.

Enheden til modtageren af ​​et termisk billedapparat med et hybridmikrokredsløb er vist på billedet.

Termisk følsomhed baseret på matrixdetektorer giver dig mulighed for at måle temperaturen med en nøjagtighed på 0,1 grader. Men sådanne enheder med høj nøjagtighed bruges i termografer af komplekse laboratoriestationære installationer.

Alle metoder til at arbejde med en termisk billedkamera udføres på samme måde som med et pyrometer, men et billede af elektrisk udstyr vises på skærmen, præsenteret allerede i en revideret farveskala under hensyntagen til opvarmningstilstanden af ​​alle dele.

Ved siden af ​​det termiske billede er en skala til at konvertere farver til en temperaturlineal.

Når du sammenligner ydeevnen af ​​et pyrometer og et termisk kamera, kan du se forskellen:

• pyrometeret bestemmer gennemsnitstemperaturen i det område, det observerer;

• termokameraet giver dig mulighed for at vurdere opvarmningen af ​​alle elementer, der er placeret i det område, den overvåger.

Designfunktioner for berøringsfri temperaturmålere

De ovenfor beskrevne enheder er repræsenteret af mobile modeller, der tillader ensartede temperaturmålinger på mange driftssteder for elektrisk udstyr:

• input af strøm og måletransformatorer og -afbrydere;

• kontakter på afbrydere, der arbejder under belastning;

• samlinger af bussystemer og sektioner af højspændingsanlæg;

• på steder med forbindelsesledninger til luftledninger og andre steder for kommutering af elektriske kredsløb.

Men i nogle tilfælde, når der udføres teknologiske operationer på elektrisk udstyr, er komplekse design af berøringsfri temperaturmålere ikke nødvendige, og det er helt muligt at klare enkle modeller, der er installeret permanent.

Et eksempel er metoden til at måle modstanden af ​​generatorens rotorvikling, når der arbejdes med et ensretter excitationskredsløb. Da der induceres store AC-komponenter i det, udføres styringen af ​​dets opvarmning kontinuerligt.

Fjernmåling og visning af temperatur ved magnetiseringsspolen udføres på en roterende rotor. Termosensoren er permanent placeret i den mest gunstige kontrolzone og opfatter varmestrålerne rettet mod den. Signalet, der behandles af det interne kredsløb, udsendes til en informationsvisningsenhed, som kan være udstyret med en viser og en skala.

Ordninger baseret på dette princip er relativt enkle og pålidelige.

Afhængigt af formålet er pyrometre og termiske kameraer opdelt i enheder:

• høj temperatur, designet til at måle meget varme genstande;

• lav temperatur, i stand til at kontrollere selv afkøling af dele under frysning.

Designet af moderne pyrometre og termiske kameraer kan udstyres med kommunikationssystemer og transmission af information igennem RS-232 bus med fjerncomputere.