Brezkontaktno merjenje temperature med delovanjem električne opreme

Vse električne naprave delujejo tako, da skozi njih teče električni tok, ki dodatno segreje žice in opremo. V tem primeru se med normalnim delovanjem ustvari ravnovesje med zvišanjem temperature in njenim delom v okolje.

Če je kakovost stika pomanjkljiva, se trenutni pretok poslabša in temperatura se dvigne, kar lahko povzroči okvaro. Zato se v zapletenih električnih napravah, zlasti visokonapetostni opremi energetskih podjetij, izvaja občasno spremljanje ogrevanja delov pod napetostjo.

Za visokonapetostne naprave se meritve izvajajo z brezkontaktno metodo na varni razdalji.

Principi daljinskega merjenja temperature

Vsako fizično telo ima gibanje atomov in molekul, ki ga spremlja oddajanje elektromagnetnih valov… Temperatura objekta vpliva na intenzivnost teh procesov, njeno vrednost pa lahko ocenimo z vrednostjo toplotnega toka.

Na tem principu temelji brezkontaktno merjenje temperature.

Sondni vir s temperaturo «T» oddaja toplotni tok «F» v okoliški prostor, ki ga zazna toplotni senzor, ki je oddaljen od vira toplote. Po tem se signal, pretvorjen z notranjim vezjem, prikaže na informacijski plošči «I».

Naprave za merjenje temperature, ki jo merijo z infrardečim sevanjem, imenujemo infrardeči termometri ali njihovo skrajšano ime "pirometri".

Za njihovo natančno delovanje je pomembno pravilno določiti merilno območje na lestvici elektromagnetnega valovanja, ki je območje približno 0,5-20 mikronov.

Dejavniki, ki vplivajo na kakovost meritev

Napaka pirometrov je odvisna od številnih dejavnikov:

1. površina opazovanega območja predmeta mora biti v območju neposrednega opazovanja;
2. prah, megla, para in drugi predmeti med toplotnim senzorjem in virom toplote oslabijo signal, kot tudi sledi umazanije na optiki;
3. struktura in stanje površine preiskovanega telesa vplivata na intenzivnost infrardečega toka in odčitke termometra.

Ali tretji faktor pojasni graf spremembe emisijske sposobnosti? valovne dolžine.

Prikazuje značilnosti črnih, sivih in barvnih oddajnikov.

Sposobnost infrardečega sevanja Фs črnega materiala je vzeta kot osnova za primerjavo drugih izdelkov in je enaka 1. Koeficienti vseh drugih dejanskih snovi ФR postanejo manjši od 1.

V praksi pirometri pretvarjajo sevanje realnih objektov v parametre idealnega oddajnika.

Na merjenje vpliva tudi:

• valovna dolžina infrardečega spektra, pri kateri se izvaja meritev;

• temperaturo preskusne snovi.

Kako deluje brezkontaktni merilnik temperature

Glede na način oddajanja informacij in njihovo obdelavo delimo naprave za daljinsko upravljanje površinskega ogrevanja na:

• pirometri;

• toplotne slike.

Naprava pirometer

Običajno lahko sestavo teh naprav predstavimo blok za blokom:

• infrardeči senzor z optičnim sistemom in odbojnim svetlobnim vodnikom;

• elektronsko vezje, ki pretvori prejeti signal;

• zaslon, ki prikazuje temperaturo;

• gumb za vklop.

Tok toplotnega sevanja se z optičnim sistemom fokusira in z ogledali usmerja na senzor za primarno pretvorbo toplotne energije v električni signal z vrednostjo napetosti, ki je sorazmerna z infrardečim sevanjem.

Sekundarna pretvorba električnega signala se zgodi v elektronski napravi, po kateri merilno-poročevalski modul prikaže informacije na zaslonu praviloma v digitalni obliki.

Na prvi pogled se zdi, da mora uporabnik izmeriti temperaturo oddaljenega predmeta:

• vklopite napravo s pritiskom na gumb;

• navedite predmet, ki ga je treba preiskati;

• sprejeti depozit.

Vendar pa je za natančno merjenje potrebno ne samo upoštevati dejavnike, ki vplivajo na odčitke, ampak tudi izbrati pravilno razdaljo do predmeta, ki je določena z optično ločljivostjo naprave.

Pirometri imajo različne kote gledanja, katerih značilnosti so za udobje uporabnikov izbrane glede na razmerje med razdaljo do predmeta merjenja in območjem pokritosti nadzorovane površine. Kot primer je na sliki prikazano razmerje 10:1.

Ker so te značilnosti med seboj neposredno sorazmerne, je za natančno merjenje temperature potrebno ne le pravilno usmeriti napravo na predmet, temveč tudi izbrati razdaljo za izbiro območja izmerjenega območja.

Optični sistem bo nato obdelal toplotni tok z želene površine brez upoštevanja učinka sevanja okoliških predmetov.

V ta namen so izboljšani modeli pirometrov opremljeni z laserskimi oznakami, ki pomagajo usmeriti toplotni senzor na objekt in olajšajo določanje površine opazovane površine. Imajo lahko različna načela delovanja in imajo različno natančnost ciljanja.

Posamezen laserski žarek le približno pokaže lokacijo središča nadzorovanega območja in omogoča nenatančno določitev njegovih meja. Njegova os je zamaknjena glede na središče optičnega sistema pirometra. To povzroči napako paralakse.

Koaksialna metoda je brez te pomanjkljivosti - laserski žarek sovpada z optično osjo naprave in natančno označuje središče izmerjenega območja, vendar ne določa njegovih meja.

Indikacija dimenzij nadzorovanega območja je zagotovljena v ciljnem kazalcu z dvojnim laserskim žarkom ... Toda pri majhnih razdaljah do objekta je dovoljena napaka zaradi začetnega zožitve območja občutljivosti. Ta pomanjkljivost je zelo izrazita pri objektivih s kratko goriščnico.

Križne laserske oznake izboljšajo natančnost pirometrov, opremljenih z lečami s kratkim žariščem.

En sam krožni laserski žarek omogoča določitev območja opazovanja, vendar ima tudi paralakso in precenjuje odčitke naprave na kratkih razdaljah.

Laserski označevalnik s krožno natančnostjo deluje najbolj zanesljivo in je brez vseh pomanjkljivosti prejšnjih modelov.

Pirometri prikazujejo informacije o temperaturi z besedilno-številčno metodo prikaza, ki jo je mogoče dopolniti z drugimi informacijami.

Naprava za toplotno izolacijo

Zasnova teh naprav za merjenje temperature je podobna zasnovi pirometrov. Imajo hibridno mikrovezje kot sprejemni element toka infrardečega sevanja.

S svojo fotoobčutljivo epitaksialno plastjo zaznava IR tok skozi močno dopirano podlago s svojo fotoobčutljivo epitaksialno plastjo.

Naprava sprejemnika toplotne slike s hibridnim mikrovezjem je prikazana na fotografiji.

Toplotna občutljivost toplotnih slik, ki temeljijo na matričnih detektorjih, vam omogoča merjenje temperature z natančnostjo 0,1 stopinje. Toda takšne naprave z visoko natančnostjo se uporabljajo v termografih kompleksnih laboratorijskih stacionarnih naprav.

Vse metode dela s toplotno sliko se izvajajo na enak način kot s pirometrom, vendar je na njegovem zaslonu prikazana slika električne opreme, ki je že predstavljena v revidirani barvni lestvici, ob upoštevanju stanja ogrevanja vseh delov.

Poleg toplotne slike je lestvica za pretvorbo barv v temperaturno ravnilo.

Ko primerjate delovanje pirometra in toplotne slike, lahko vidite razliko:

• pirometer določa povprečno temperaturo na območju, ki ga opazuje;

• toplotna slika vam omogoča oceno segrevanja vseh sestavnih elementov, ki se nahajajo v območju, ki ga spremlja.

Konstrukcijske značilnosti brezkontaktnih merilnikov temperature

Zgoraj opisane naprave so predstavljene z mobilnimi modeli, ki omogočajo dosledne meritve temperature na številnih mestih delovanja električne opreme:

• vhodi močnostnih in merilnih transformatorjev in stikal;

• kontakti ločilnikov, ki delujejo pod obremenitvijo;

• sklopi sistemov vodil in odseki visokonapetostnih stikalnih naprav;

• na mestih povezovanja žic nadzemnih daljnovodov in drugih mestih komutacije električnih tokokrogov.

Vendar pa v nekaterih primerih pri izvajanju tehnoloških operacij na električni opremi zapletene zasnove brezkontaktnih merilnikov temperature niso potrebne in je povsem mogoče obvladati preproste modele, ki so trajno nameščeni.

Primer je metoda merjenja upora navitja rotorja generatorja pri delu z vzbujevalnim vezjem usmernika. Ker se v njem inducirajo velike AC komponente, se nadzor njegovega ogrevanja izvaja neprekinjeno.

Daljinsko merjenje in prikaz temperature na vzbujevalni tuljavi se izvaja na rotirajočem rotorju. Toplotni senzor je stalno nameščen v najugodnejšem nadzornem območju in zaznava proti njemu usmerjene toplotne žarke. Signal, ki ga obdela notranje vezje, se odda v napravo za prikaz informacij, ki je lahko opremljena s kazalcem in lestvico.

Sheme, ki temeljijo na tem principu, so relativno preproste in zanesljive.

Glede na namen se pirometri in termovizije delijo na naprave:

• visoka temperatura, zasnovana za merjenje zelo vročih predmetov;

• nizka temperatura, ki lahko nadzoruje celo hlajenje delov med zamrzovanjem.

Zasnove sodobnih pirometrov in toplotnih slik je mogoče opremiti s komunikacijskimi sistemi in prek njih prenašati informacije RS-232 vodilo z oddaljenimi računalniki.