Безконтактно измерване на температурата по време на работа на електрическо оборудване

Всички електрически уреди работят, като преминават през тях електрически ток, който допълнително загрява проводниците и оборудването. В този случай при нормална работа се създава баланс между повишаване на температурата и отстраняване на част от нея в околната среда.

Ако качеството на контакта е дефектно, текущите условия на потока се влошават и температурата се повишава, което може да причини неизправност. Следователно, в сложни електрически устройства, особено на високо напреженово оборудване на енергийни предприятия, се извършва периодичен мониторинг на нагряването на части под напрежение.

За устройства с високо напрежение измерванията се извършват по безконтактен метод на безопасно разстояние.

Принципи на дистанционно измерване на температурата

Всяко физическо тяло има движение на атоми и молекули, което е придружено от излъчване на електромагнитни вълни… Температурата на обекта влияе върху интензивността на тези процеси и стойността му може да се прецени по стойността на топлинния поток.

Безконтактното измерване на температурата се основава на този принцип.

Изследващ източник с температура «T» излъчва топлинен поток «F» в околното пространство, което се възприема от термичен сензор, разположен на разстояние от източника на топлина. След него сигналът, преобразуван от вътрешната верига, се извежда на информационното табло «И».

Устройствата за измерване на температурата, които го измерват чрез инфрачервено излъчване, се наричат ​​инфрачервени термометри или съкратеното им име «пирометри».

За тяхната точна работа е важно правилно да се определи обхватът на измерване по скалата на електромагнитните вълни, което е площ от приблизително 0,5-20 микрона.

 Фактори, влияещи върху качеството на измерването

Грешката на пирометрите зависи от набор от фактори:

1. повърхността на наблюдаваната зона на обекта трябва да бъде в зоната за директно наблюдение;
2. прах, мъгла, пара и други предмети между сензора за топлина и източника на топлина отслабват сигнала, както и следите от замърсявания по оптиката;
3. структурата и състоянието на повърхността на изследваното тяло влияят върху интензивността на инфрачервения поток и показанията на термометъра.

Третият фактор обяснява ли графиката на промяната в излъчвателната способност? от дължината на вълната.

Той демонстрира характеристиките на черни, сиви и цветни излъчватели.

Способността на инфрачервеното излъчване Фs от черен материал се взема като основа за сравняване на други продукти и се приема равна на 1. Коефициентите на всички други реални вещества ФR стават по -малки от 1.

На практика пирометрите преобразуват излъчването на реални обекти в параметрите на идеален излъчвател.

Измерването също се влияе от:

• дължината на вълната на инфрачервения спектър, при която се извършва измерването;

• температура на изпитваното вещество.

Как работи безконтактен измервател на температура

Според метода на извеждане на информация и нейната обработка, устройствата за дистанционно управление на повърхностното отопление се подразделят на:

• пирометри;

• термовизори.

Устройство с пирометър

Условно съставът на тези устройства може да бъде представен блок по блок:

• инфрачервен сензор с оптична система и отразяващ светловод;

• електронна схема, която преобразува получения сигнал;

• дисплей, който показва температурата;

• бутона за захранване.

Потокът от топлинна радиация се фокусира от оптична система и се насочва от огледала към сензор за първично преобразуване на топлинната енергия в електрически сигнал със стойност на напрежението, пропорционална на инфрачервеното излъчване.

Вторичното преобразуване на електрическия сигнал се случва в електронното устройство, след което измервателният и отчетен модул извежда информация на дисплея, като правило, в цифрова форма.

На пръв поглед изглежда, че потребителят трябва да измери температурата на отдалечен обект:

• включете устройството, като натиснете бутона;

• посочете обекта, който се изследва;

• вземете показания.

За точно измерване обаче е необходимо не само да се вземат предвид факторите, влияещи върху показанията, но и да се избере правилното разстояние до обекта, което се определя от оптичната разделителна способност на устройството.

Пирометрите имат различни ъгли на видимост, чиито характеристики, за удобство на потребителите, са избрани за връзката между разстоянието до обекта на измерване и зоната на покритие на контролираната повърхност. Като пример, картината показва съотношение 10: 1.

Тъй като тези характеристики са пряко пропорционални една на друга, за точно измерване на температурата е необходимо не само правилно да насочите устройството към обекта, но и да изберете разстоянието, за да изберете площта на измерената зона.

Тогава оптичната система ще обработва топлинния поток от желаната повърхност, без да отчита ефекта на радиацията от околните обекти.

За тази цел подобрените модели пирометри са оборудвани с лазерни обозначения, които помагат да се насочи термичния сензор към обекта и да се улесни определянето на площта на наблюдаваната повърхност. Те могат да имат различни принципи на работа и да имат различна точност на насочване.

Единичен лазерен лъч само приблизително посочва местоположението на центъра на контролираната зона и дава възможност да се определят неточно нейните граници. Оста му е изместена спрямо центъра на оптичната система на пирометъра. Това въвежда паралакс грешка.

Коаксиален начин е лишен от този недостатък — лазерният лъч съвпада с оптичната ос на устройството и точно посочва центъра на измерената площ, но не определя границите му.

Индикацията за размерите на контролираната зона е предоставена в целевия указател с двоен лазерен лъч… Но на малки разстояния до обекта се допуска грешка поради първоначалното стесняване на зоната на чувствителност. Този недостатък е много изразен при обективи с късо фокусно разстояние.

Кръстосани лазерни обозначения подобряват точността на пирометрите, оборудвани с къси фокусни лещи.

Единичен кръгов лазерен лъч ви позволява да определите зоната за наблюдение, но също така има паралакс и надценява показанията на устройството на къси разстояния.

Кръгов прецизен лазерен обозначител работи най -надеждно и е лишен от всички недостатъци на предишните дизайни.

Пирометрите показват информация за температурата, използвайки текстово-цифров метод на показване, който може да бъде допълнен с друга информация.

Устройство за топлоизолации

Дизайнът на тези устройства за измерване на температурата прилича на този на пирометри. Те имат хибридна микросхема като приемащ елемент от потока инфрачервена радиация.

Със своя фоточувствителен епитаксиален слой, той възприема IR потока през силно легиран субстрат със своя фоточувствителен епитаксиален слой.

Устройството на приемника на термовизор с хибридна микросхема е показано на снимката.

Термичната чувствителност на термовизорите на базата на матрични детектори ви позволява да измервате температурата с точност от 0,1 градуса. Но такива устройства с висока точност се използват в термографи на сложни лабораторни стационарни инсталации.

Всички методи за работа с термовизор се изпълняват по същия начин, както с пирометър, но на екрана му се показва картина на електрическо оборудване, представена вече в преработена цветова гама, като се отчита състоянието на нагряване на всички части.

До термичното изображение се намира скала за преобразуване на цветовете в линейка на температурата.

Когато сравнявате работата на пирометър и термовизор, можете да видите разликата:

• пирометърът определя средната температура в областта, която наблюдава;

• термовизорът ви позволява да оцените нагряването на всички съставни елементи, разположени в зоната, която наблюдава.

Характеристики на дизайна на безконтактни измерватели на температурата

Описаните по -горе устройства са представени от мобилни модели, които позволяват последователни измервания на температурата на много места на работа на електрическото оборудване:

• входове на силови и измервателни трансформатори и ключове;

• контакти на разединители, работещи под товар;

• възли от шинни системи и секции на разпределителни устройства с високо напрежение;

• в местата на свързване на проводници на въздушни електропроводи и други места на комутация на електрическите вериги.

Въпреки това, в някои случаи при извършване на технологични операции върху електрическо оборудване, не са необходими сложни конструкции на безконтактни измерватели на температурата и е напълно възможно да се справите с прости модели, инсталирани за постоянно.

Пример е методът за измерване на съпротивлението на намотката на ротора на генератора при работа с верига за възбуждане на токоизправител. Тъй като в него се индуцират големи компоненти с променливо напрежение, контролът на неговото нагряване се извършва постоянно.

Дистанционното измерване и показване на температурата при възбуждащата намотка се извършва на въртящ се ротор. Термодатчикът е постоянно разположен в най -благоприятната зона за управление и възприема насочените към него топлинни лъчи. Сигналът, обработен от вътрешната верига, се извежда към устройство за показване на информация, което може да бъде оборудвано с показалец и скала.

Схемите, базирани на този принцип, са относително прости и надеждни.

В зависимост от предназначението, пирометрите и термовизорите се разделят на устройства:

• висока температура, предназначена за измерване на много горещи обекти;

• нискотемпературни, способни да контролират дори охлаждането на части при замръзване.

Проектите на съвременните пирометри и термовизори могат да бъдат оборудвани с комуникационни системи и предаване на информация чрез Автобус RS-232 с отдалечени компютри.