Beskontaktno mjerenje temperature tijekom rada električne opreme

Svi električni uređaji rade tako da kroz njih prolazi električna struja koja dodatno zagrijava žice i opremu. U ovom slučaju, tijekom normalnog rada, stvara se ravnoteža između povećanja temperature i uklanjanja njenog dijela u okoliš.

Ako je kvaliteta kontakta loša, trenutni uvjeti protoka se pogoršavaju i temperatura raste, što može uzrokovati kvar. Stoga se u složenim električnim uređajima, posebno visokonaponskoj opremi energetskih poduzeća, provodi periodično praćenje zagrijavanja dijelova pod naponom.

Za visokonaponske uređaje mjerenja se vrše beskontaktnom metodom na sigurnoj udaljenosti.

Principi daljinskog mjerenja temperature

Svako fizičko tijelo ima kretanje atoma i molekula koje prati emisija elektromagnetskih valova… Temperatura objekta utječe na intenzitet ovih procesa, a njezinu vrijednost možemo procijeniti pomoću vrijednosti toplinskog toka.

Na ovom se principu temelji beskontaktno mjerenje temperature.

Izvor sonde s temperaturom «T» emitira toplinski tok «F» u okolni prostor, koji se percipira toplinskim senzorom koji se nalazi na udaljenosti od izvora topline. Nakon toga, signal pretvoren internim krugom prikazuje se na informacijskoj ploči «I».

Uređaji za mjerenje temperature, koji je mjere infracrvenim zračenjem, nazivaju se infracrveni termometri ili njihov skraćeni naziv «pirometri».

Za njihov točan rad važno je pravilno odrediti raspon mjerenja na skali elektromagnetskih valova, a to je područje od približno 0,5-20 mikrona.

Čimbenici koji utječu na kvalitetu mjerenja

Pogreška pirometara ovisi o nizu čimbenika:

1. površina promatranog područja objekta mora biti u području izravnog promatranja;
2. prašina, magla, para i drugi predmeti između toplinskog senzora i izvora topline slabe signal, kao i tragovi prljavštine na optici;
3. struktura i stanje površine ispitivanog tijela utječu na intenzitet infracrvenog toka i očitanja termometra.

Objašnjava li treći faktor graf promjene emisivnosti? valne duljine.

Prikazuje karakteristike crnih, sivih i emitera u boji.

Sposobnost infracrvenog zračenja Fs crnog materijala uzima se kao osnova za usporedbu drugih proizvoda i uzima se jednaka 1. Koeficijenti svih ostalih stvarnih tvari FR postaju manji od 1.

U praksi pirometri pretvaraju zračenje stvarnih objekata u parametre idealnog emitera.

Na mjerenje također utječu:

• valna duljina infracrvenog spektra na kojoj se vrši mjerenje;

• temperatura ispitivane tvari.

Kako radi beskontaktni mjerač temperature

Prema načinu ispisivanja informacija i njihovoj obradi uređaji za daljinsko upravljanje površinskim grijanjem dijele se na:

• pirometri;

• termovizijske kamere.

Pirometarski uređaj

Konvencionalno, sastav ovih uređaja može se prikazati blok po blok:

• infracrveni senzor s optičkim sustavom i reflektirajućim svjetlosnim vodičem;

• elektronički sklop koji pretvara primljeni signal;

• zaslon koji prikazuje temperaturu;

• gumb za napajanje.

Tok toplinskog zračenja fokusira se optičkim sustavom i usmjerava zrcalima na senzor za primarnu pretvorbu toplinske energije u električni signal s vrijednošću napona proporcionalnom infracrvenom zračenju.

Sekundarna pretvorba električnog signala događa se u elektroničkom uređaju, nakon čega mjerno-dojavni modul prikazuje informacije na zaslonu, u pravilu, u digitalnom obliku.

Na prvi pogled se čini da korisnik treba izmjeriti temperaturu udaljenog objekta:

• uključite uređaj pritiskom na gumb;

• odrediti objekt koji se istražuje;

• uzeti talog.

Međutim, za točno mjerenje potrebno je ne samo uzeti u obzir čimbenike koji utječu na očitanja, već i odabrati točnu udaljenost do objekta, koja je određena optičkom rezolucijom uređaja.

Pirometri imaju različite kutove gledanja, čije su karakteristike, radi praktičnosti korisnika, odabrane za odnos između udaljenosti do objekta mjerenja i područja pokrivenosti kontrolirane površine. Kao primjer, slika prikazuje omjer 10:1.

Budući da su ove karakteristike izravno proporcionalne jedna drugoj, za točno mjerenje temperature potrebno je ne samo ispravno usmjeriti uređaj na objekt, već i odabrati udaljenost za odabir područja mjerenog područja.

Optički sustav zatim će obraditi toplinski tok sa željene površine bez razmatranja učinka zračenja okolnih objekata.

U tu svrhu poboljšani modeli pirometara opremljeni su laserskim oznakama koje pomažu usmjeriti toplinski senzor na objekt i olakšavaju određivanje površine promatrane površine. Mogu imati različita načela rada i imati različitu točnost ciljanja.

Jedna laserska zraka samo približno pokazuje mjesto središta kontroliranog područja i omogućuje neprecizno određivanje njegovih granica. Njegova je os pomaknuta u odnosu na središte optičkog sustava pirometra. Ovo uvodi pogrešku paralakse.

Koaksijalna metoda je lišena ovog nedostatka - laserska zraka podudara se s optičkom osi uređaja i točno označava središte mjerenog područja, ali ne određuje njegove granice.

Indikacija dimenzija kontroliranog područja osigurana je u ciljnom pokazivaču dvostrukom laserskom zrakom... Ali na malim udaljenostima od objekta dopuštena je pogreška zbog početnog suženja područja osjetljivosti. Ovaj nedostatak je jako izražen kod objektiva s malom žarišnom duljinom.

Križne laserske oznake poboljšavaju točnost pirometara opremljenih lećama s kratkim fokusom.

Jedna kružna laserska zraka omogućuje određivanje područja promatranja, ali također ima paralaksu i precjenjuje očitanja uređaja na malim udaljenostima.

Kružni precizni laserski označivač radi najpouzdanije i lišen je svih nedostataka prethodnih dizajna.

Pirometri prikazuju informacije o temperaturi koristeći tekstualno-numeričku metodu prikaza koja se može nadopuniti drugim informacijama.

Uređaj za toplinsku izolaciju

Dizajn ovih uređaja za mjerenje temperature nalikuje pirometrima. Imaju hibridni mikro krug kao prijemni element struje infracrvenog zračenja.

Sa svojim fotoosjetljivim epitaksijalnim slojem, on percipira IC tok kroz jako dopiranu podlogu sa svojim fotoosjetljivim epitaksijalnim slojem.

Na fotografiji je prikazan uređaj prijemnika toplinske slike s hibridnim mikro krugom.

Toplinska osjetljivost termovizijskih kamera na temelju matričnih detektora omogućuje vam mjerenje temperature s točnošću od 0,1 stupnja. Ali takvi uređaji s visokom točnošću koriste se u termografima složenih laboratorijskih stacionarnih instalacija.

Sve metode rada s toplinskom kamerom izvode se na isti način kao i s pirometrom, ali se na njegovom zaslonu prikazuje slika električne opreme, prikazana već u revidiranoj gamu boja, uzimajući u obzir stanje zagrijavanja svih dijelova.

Uz termalnu sliku nalazi se skala za pretvaranje boja u temperaturno ravnalo.

Kada usporedite performanse pirometra i termovizije, možete vidjeti razliku:

• pirometar određuje prosječnu temperaturu u području koje promatra;

• termovizijska kamera omogućuje procjenu zagrijavanja svih sastavnih elemenata koji se nalaze u području koje nadzire.

Konstruktivne značajke beskontaktnih mjerača temperature

Gore opisani uređaji predstavljeni su mobilnim modelima koji omogućuju dosljedna mjerenja temperature na mnogim mjestima rada električne opreme:

• ulazi energetskih i mjernih transformatora i sklopki;

• kontakti rastavljača koji rade pod opterećenjem;

• sklopovi sustava sabirnica i sekcija visokonaponske sklopne opreme;

• na mjestima spojnih žica nadzemnih elektroenergetskih vodova i drugim mjestima komutacije električnih krugova.

Međutim, u nekim slučajevima pri izvođenju tehnoloških operacija na električnoj opremi nisu potrebni složeni dizajni beskontaktnih mjerača temperature, a sasvim je moguće nositi se s jednostavnim modelima trajno instaliranim.

Primjer je metoda mjerenja otpora namota rotora generatora pri radu s pobudnim krugom ispravljača. Budući da se u njemu induciraju velike izmjenične komponente, kontrola njegovog zagrijavanja se provodi kontinuirano.

Daljinsko mjerenje i prikaz temperature na uzbudnom svitku vrši se na rotirajućem rotoru. Termalni senzor je stalno smješten u najpovoljnijoj zoni upravljanja i percipira toplinske zrake usmjerene prema njemu. Signal koji obrađuje unutarnji krug šalje se na uređaj za prikaz informacija, koji može biti opremljen pokazivačem i ljestvicom.

Sheme koje se temelje na ovom principu relativno su jednostavne i pouzdane.

Ovisno o namjeni, pirometri i termovizijske kamere dijele se na uređaje:

• visoka temperatura, dizajniran za mjerenje vrlo vrućih objekata;

• niska temperatura, sposobna kontrolirati čak i hlađenje dijelova tijekom zamrzavanja.

Dizajni modernih pirometara i termovizijskih kamera mogu biti opremljeni komunikacijskim sustavima i prijenosom informacija RS-232 sabirnica s udaljenim računalima.