Nekontaktinis temperatūros matavimas elektros įrenginių eksploatavimo metu

Visi elektros prietaisai veikia leisdami per juos elektros srovę, kuri dar labiau šildo laidus ir įrangą. Tokiu atveju normaliai veikiant susidaro pusiausvyra tarp temperatūros didinimo ir dalies pašalinimo į aplinką.

Jei kontakto kokybė yra sugedusi, pablogėja srovės srauto sąlygos ir pakyla temperatūra, o tai gali sukelti gedimą. Todėl sudėtinguose elektros įrenginiuose, ypač energetikos įmonių aukštos įtampos įrenginiuose, periodiškai stebimas įtampingųjų dalių įkaitimas.

Aukštos įtampos prietaisams matavimai atliekami bekontakčiu metodu saugiu atstumu.

Nuotolinio temperatūros matavimo principai

Kiekvienas fizinis kūnas turi atomų ir molekulių judėjimą, kurį lydi elektromagnetinių bangų spinduliavimas… Objekto temperatūra turi įtakos šių procesų intensyvumui, o jos vertę galima įvertinti pagal šilumos srauto vertę.

Šiuo principu pagrįstas bekontaktinis temperatūros matavimas.

Zondo šaltinis, kurio temperatūra „T“, į aplinkinę erdvę skleidžia šilumos srautą „F“, kurį suvokia šilumos jutiklis, esantis atstumu nuo šilumos šaltinio. Po to vidinės grandinės konvertuotas signalas rodomas informaciniame skydelyje „I“.

Temperatūros matavimo prietaisai, matuojantys ją infraraudonaisiais spinduliais, vadinami infraraudonaisiais termometrais arba jų sutrumpintas pavadinimas „pirometrai“.

Kad jie veiktų tiksliai, svarbu teisingai nustatyti matavimo diapazoną elektromagnetinių bangų skalėje, kuri yra maždaug 0,5–20 mikronų plotas.

Matavimų kokybę įtakojantys veiksniai

Pirometrų paklaida priklauso nuo kelių veiksnių:

1. objekto stebimo ploto paviršius turi būti tiesioginio stebėjimo zonoje;
2. dulkės, rūkas, garai ir kiti objektai tarp šilumos jutiklio ir šilumos šaltinio silpnina signalą, taip pat nešvarumų pėdsakai ant optikos;
3. tiriamo kūno paviršiaus struktūra ir būklė turi įtakos infraraudonųjų spindulių srauto intensyvumui ir termometro rodmenims.

Ar trečiasis veiksnys paaiškina spinduliuotės pokyčio grafiką? bangos ilgio.

Jis demonstruoja juodos, pilkos ir spalvotos spinduliuotės charakteristikas.

Juodosios medžiagos infraraudonosios spinduliuotės Фs gebėjimas imamas kitų gaminių palyginimo pagrindu ir imamas lygus 1. Visų kitų realių medžiagų ФR koeficientai tampa mažesni už 1.

Praktiškai pirometrai realių objektų spinduliuotę paverčia idealaus emiterio parametrais.

Matavimui taip pat turi įtakos:

• infraraudonųjų spindulių spektro bangos ilgis, kuriame atliekamas matavimas;

• bandomosios medžiagos temperatūra.

Kaip veikia bekontaktis temperatūros matuoklis

Pagal informacijos išvedimo ir jos apdorojimo metodą paviršiaus šildymo nuotolinio valdymo įrenginiai skirstomi į:

• pirometrai;

• termovizoriai.

Pirometro prietaisas

Paprastai šių įrenginių sudėtis gali būti pateikta blokais:

• infraraudonųjų spindulių jutiklis su optine sistema ir atspindinčiu šviesos kreiptuvu;

• elektroninė grandinė, konvertuojanti gautą signalą;

• ekranas, rodantis temperatūrą;

• maitinimo mygtuką.

Šiluminės spinduliuotės srautas fokusuojamas optine sistema ir veidrodžiais nukreipiamas į jutiklį, skirtą pirminiam šiluminės energijos pavertimui elektriniu signalu, kurio įtampos vertė yra proporcinga infraraudoniesiems spinduliams.

Antrinis elektros signalo konvertavimas vyksta elektroniniame įrenginyje, po kurio matavimo ir ataskaitų modulis ekrane rodo informaciją, kaip taisyklė, skaitmenine forma.

Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad vartotojas turi išmatuoti nuotolinio objekto temperatūrą:

• įjunkite įrenginį paspausdami mygtuką;

• nurodyti tiriamą objektą;

• paimti depozitą.

Tačiau norint tiksliai išmatuoti, būtina atsižvelgti ne tik į rodmenis įtakojančius veiksnius, bet ir pasirinkti tinkamą atstumą iki objekto, kurį lemia įrenginio optinė raiška.

Pirometrai turi skirtingus žiūrėjimo kampus, kurių charakteristikos vartotojų patogumui parenkamos atsižvelgiant į atstumo iki matavimo objekto ir kontroliuojamo paviršiaus aprėpties plotą. Pavyzdžiui, paveikslėlyje parodytas santykis 10:1.

Kadangi šios charakteristikos yra tiesiogiai proporcingos viena kitai, norint tiksliai išmatuoti temperatūrą, būtina ne tik teisingai nukreipti prietaisą į objektą, bet ir pasirinkti atstumą, kad būtų pasirinktas išmatuoto ploto plotas.

Tada optinė sistema apdoros šilumos srautą iš norimo paviršiaus, neatsižvelgdama į aplinkinių objektų spinduliuotės poveikį.

Šiuo tikslu patobulintuose pirometrų modeliuose yra lazeriniai žymėjimai, padedantys nukreipti šilumos jutiklį į objektą ir lengviau nustatyti stebimo paviršiaus plotą. Jie gali turėti skirtingus veikimo principus ir turėti skirtingą taikymo tikslumą.

Vienas lazerio spindulys tik apytiksliai parodo kontroliuojamos zonos centro vietą ir leidžia netiksliai nustatyti jo ribas. Jo ašis yra paslinkta pirometro optinės sistemos centro atžvilgiu. Tai įveda paralakso klaidą.

Koaksialinis metodas neturi šio trūkumo - lazerio spindulys sutampa su prietaiso optine ašimi ir tiksliai nurodo išmatuoto ploto centrą, bet nenustato jo ribų.

Taikinio rodyklėje su dvigubu lazerio spinduliu pateikiama valdomos zonos matmenų nuoroda... Bet nedideliais atstumais iki objekto leidžiama klaida dėl pradinio jautrumo srities susiaurėjimo. Šis trūkumas yra labai ryškus naudojant objektyvus su trumpu židinio nuotoliu.

Kryžminiai lazeriniai žymėjimai pagerina pirometrų su trumpo fokusavimo lęšiais tikslumą.

Vienas apskritas lazerio spindulys leidžia nustatyti stebėjimo sritį, tačiau jis taip pat turi paralaksą ir pervertina prietaiso rodmenis nedideliais atstumais.

Apvalus tikslumo lazerinis žymeklis veikia patikimiausiai ir neturi visų ankstesnių konstrukcijų trūkumų.

Pirometrai temperatūros informaciją rodo naudodami tekstinį-skaitinį rodymo metodą, kurį galima papildyti kita informacija.

Šilumos izoliacijos įtaisas

Šių temperatūros matavimo prietaisų konstrukcija primena pirometrų. Jie turi hibridinę mikroschemą kaip infraraudonosios spinduliuotės srauto priėmimo elementą.

Su šviesai jautriu epitaksiniu sluoksniu jis suvokia IR srautą per stipriai legiruotą substratą su šviesai jautriu epitaksiniu sluoksniu.

Termovizoriaus imtuvo su hibridine mikroschema įtaisas parodytas nuotraukoje.

Termovizorių, pagrįstų matriciniais detektoriais, šiluminis jautrumas leidžia išmatuoti temperatūrą 0,1 laipsnio tikslumu. Tačiau tokie didelio tikslumo prietaisai naudojami sudėtingų laboratorinių stacionarių įrenginių termografuose.

Visi darbo su termovizoriumi metodai atliekami taip pat, kaip ir su pirometru, tačiau jo ekrane rodomas elektros įrangos vaizdas, pateiktas jau patikslinta spalvų gama, atsižvelgiant į visų dalių šildymo būseną.

Šalia terminio vaizdo yra skalė spalvoms konvertuoti į temperatūros liniuotę.

Palyginę pirometro ir termovizoriaus veikimą, pamatysite skirtumą:

• pirometras nustato vidutinę temperatūrą toje srityje, kurią stebi;

• termovizorius leidžia įvertinti visų sudedamųjų elementų, esančių jo stebimoje srityje, įkaitimą.

Nekontaktinių temperatūros matuoklių konstrukcijos ypatybės

Aukščiau aprašytus įrenginius vaizduoja mobilieji modeliai, leidžiantys nuosekliai matuoti temperatūrą daugelyje elektros įrangos eksploatavimo vietų:

• galios ir matavimo transformatorių bei jungiklių įėjimai;

• apkrovos veikiančių skyriklių kontaktai;

• magistralių sistemų ir aukštos įtampos skirstomųjų įrenginių sekcijų mazgai;

• elektros oro linijų laidų sujungimo vietose ir kitose elektros grandinių komutavimo vietose.

Tačiau kai kuriais atvejais, atliekant technologines operacijas su elektros įranga, nereikia sudėtingų bekontakčių temperatūros matuoklių konstrukcijų, o su paprastais modeliais, sumontuotais nuolat, visiškai įmanoma.

Pavyzdys yra generatoriaus rotoriaus apvijos varžos matavimo metodas dirbant su lygintuvo sužadinimo grandine. Kadangi jame indukuojami dideli kintamosios srovės komponentai, jo šildymo valdymas vykdomas nuolat.

Nuotolinis temperatūros matavimas ir rodymas žadinimo ritėje atliekamas besisukančio rotoriaus. Šilumos jutiklis nuolat yra palankiausioje valdymo zonoje ir suvokia į ją nukreiptus šilumos spindulius. Vidinės grandinės apdorojamas signalas išvedamas į informacijos rodymo įrenginį, kuriame gali būti rodyklė ir skalė.

Šiuo principu pagrįstos schemos yra gana paprastos ir patikimos.

Priklausomai nuo paskirties, pirometrai ir termovizoriai skirstomi į įrenginius:

• aukšta temperatūra, skirta matuoti labai karštus objektus;

• žema temperatūra, galinti valdyti net dalių aušinimą užšalimo metu.

Šiuolaikiniai pirometrai ir termovizoriai gali būti aprūpinti ryšių sistemomis ir informacijos perdavimu RS-232 autobusas su nuotoliniais kompiuteriais.