Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике

ПОИСК ПО САЙТУ:

 
  
  

 

Эксплуатация электрооборудования, Электротехнические устройства

Бесконтактное измерение температуры при эксплуатации электрооборудования

 

Бесконтактное измерение температуры при эксплуатации электрооборудования Все электроприборы работают за счет прохождения через них электрического тока, который дополнительно нагревает проводники и оборудование. При этом в нормальном режиме эксплуатации создается баланс между повышением температуры и отводом ее части в окружающую среду.

При нарушениях качества контактов ухудшаются условия прохождения тока и повышается температура, которая может стать причиной неисправности. Поэтому в сложных электротехнических устройствах, особенно на высоковольтном оборудовании предприятий энергетики, осуществляется периодический контроль нагрева токоведущих частей.

Для устройств, находящихся под высоким напряжением, измерения осуществляются бесконтактным методом на безопасном расстоянии.

Принципы дистанционного измерения температуры

У любого физического тела происходит движение атомов и молекул, которое сопровождается излучением электромагнитных волн. Температура объекта влияет на интенсивность этих процессов и о ее величине можно судить по значению теплового потока.

Бесконтактное измерение температуры основано на этом принципе.

Принцип бесконтактного измерения температуры

Источник обследования с температурой «Т» излучает в окружающее пространство тепловой поток «Ф», который воспринимается тепловым датчиком, удаленным от источника тепла. После него преобразованный внутренней схемой сигнал выдается на информационное табло «И».

Приборы измерения температуры, осуществляющие ее замер по инфракрасному излучению, называют инфракрасными термометрами либо сокращенным названием «пирометры».

Для их точной работы важно правильно определить диапазон измерения на шкале электромагнитных волн, который составляет область примерно 0,5÷20 мкм.

Шкала электромагнитных волн

Факторы, влияющие на качество измерения

Погрешность пирометров зависит от комплекса факторов:

  1. поверхность наблюдаемой площади объекта должна быть в зоне прямого обзора;
  2. пыль, туман, пар и другие предметы между тепловым датчиком и источником тепла ослабляют сигнал, как и следы загрязнения на оптике;
  3. структура и состояние поверхности исследуемого тела влияют на интенсивность инфракрасного потока и показания измерителя температуры.

Влияние третьего фактора объясняет график изменения коэффициента излучения ε от длины волны.

Коэффициент излучения материала

Он демонстрирует характеристики излучателей черного, серого и цветного оттенков.

Способность инфракрасного излучения Фs черного материала берется за основу сравнения других изделий и принимается равным 1. Коэффициенты всех остальных реальных веществ ФR становятся меньше 1.

На практике пирометры пересчитывают излучение реальных объектов на показатели идеального излучателя.

Также на измерение оказывают влияние:

  • длина волны инфракрасного спектра, на которой проводится замер;

  • температура исследуемого вещества.

Как устроен бесконтактный измеритель температуры

По способу вывода информации и ее обработки приборы удаленного контроля нагрева поверхностей подразделяют на:

  • пирометры;

  • тепловизоры.

Устройство пирометров

Условно состав этих приборов поблочно можно представить:

  • инфракрасным датчиком с оптической системой и зеркальным световодом;

  • электронной схемой, преобразующей полученный сигнал;

  • дисплеем, на котором отображается температура;

  • кнопкой включения.

Принципиальное устройство пирометра

Поток теплового излучения фокусируется оптической системой и зеркалами направляется на датчик первичного преобразования тепловой энергии в электрический сигнал с величиной напряжения, прямо пропорциональной инфракрасному излучению.

Вторичное преобразование электрического сигнала происходит в электронном устройстве, после которого измерительно-счетный модуль осуществляет вывод информации на дисплей, как правило, в цифровом виде.

На первый взгляд кажется, что пользователю для замера температуры удаленного объекта достаточно:

  • включить прибор нажатием на кнопку;

  • навести на исследуемый объект;

  • снять показания.

Однако, для точного измерения необходимо не только учесть факторы, влияющие на показания, но и правильно выбрать расстояние до объекта, которое определяется оптическим разрешением прибора.

оптическое разрешение пирометра

Пирометры обладают различными углами обзора, характеристикой которых для удобства пользователей выбраны соотношения между расстоянием до объекта измерения и площадью охвата контролируемой поверхностью. В качестве примера на картинке приведено соотношение 10:1.

Поскольку эти характеристики прямо пропорциональны между собой, то для точного измерения температуры необходимо не только правильно навести прибор на объект, но и подобрать расстояние для выбора площади измеряемой зоны.

Тогда оптическая система будет обрабатывать тепловой поток от нужной поверхности без учета влияния излучения окружающих предметов.

С этой целью усовершенствованные модели пирометров оснащаются лазерными целеуказателями, которые помогают навести термодатчик на объект и облегчить определение площади контролируемой поверхности. Они могут иметь разные принципы работы и обладать неодинаковой точностью наведения.

Приниципы использования лазерных целеуказателей у перометров

Одиночный лазерный луч лишь приблизительно указывает место центра контролируемой зоны и позволяет определить ее границы неточно. Его ось смещена относительно центра оптической системы пирометра. За счет этого вводится погрешность параллакса.

Коаксиальный способ лишен этого недостатка — луч лазера совпадает с оптической осью прибора и точно указывает центр измеряемой площади, но не определяет ее границы.

Указание размеров контролируемого участка предусмотрено в целеуказателе с двойным лазерным лучом. Но при маленьких расстояниях до объекта допускается ошибка, вызванная первоначальным сужением области чувствительности. Этот недостаток сильно проявляется на объективах с короткофокусным расстоянием.

Целеуказатели с кросс-лазером улучшают точность работы пирометров, оснащенных объективами с коротким фокусом.

Одиночный круговой лазерный луч позволяет определить зону контроля, но он тоже обладает параллаксом и завышает показания прибора на коротких дистанциях.

Круговой точный лазерный целеуказатель работает наиболее надежно и лишен всех недостатков предшествующих конструкций.

Пирометры отображают информацию о температуре методом текстово-цифрового вывода на дисплей, которая может дополняться другими сведениями.

Устройство тепловизоров

Конструкция этих измерительных приборов температуры напоминает устройство пирометров. У них в качестве приемного элемента потока инфракрасного излучения работает гибридная микросхема.

Принципиальное устройство гибридной микросхемы

Она своим фоточувствительным эпитаксиальным слоем через сильнолегированную подложку воспринимает ИК поток.

Устройство приемника тепловизора с гибридной микросхемой показано на картинке.

Устройство приемника тепловизора

Тепловая чувствительность тепловизоров на основе матричных детекторов позволяет измерять температуру с точностью до 0,1 градуса. Но, такие высокоточные устройства используются в термографах сложных лабораторных стационарных установок.

Все приемы работы с тепловизором выполняются так же, как и с пирометром, но на его экране выводится картинка электротехнического оборудования, представленная уже в переработанном цветовом диапазоне с учетом состояния нагрева всех деталей.

Работа тепловизора

Рядом с термическим изображением размещается шкала перевода цветов в линейку температур.

При сравнении работы пирометра и тепловизора можно увидеть разницу:

  • пирометр определяет среднюю температуру в контролируемой им области;

  • тепловизор позволяет оценить нагрев всех составных элементов, расположенных в наблюдаемой им зоне.

Особенности конструкций бесконтактных измерителей температуры

Описанные выше устройства представлены мобильными моделями, позволяющими выполнять последовательные замеры температуры на многих местах работы электрического оборудования:

  • вводах силовых и измерительных трансформаторов и выключателей;

  • контактах разъединителей, работающих под нагрузкой;

  • сборках систем шин и секций высоковольтных распределительных устройств;

  • в точках соединения проводов воздушных линий электропередач и других местах коммутации силовых цепей.

Однако, в отдельных случаях выполнения технологических операций на электрооборудовании сложные конструкции бесконтактных измерителей температуры не нужны и вполне можно обойтись простыми моделями, установленными стационарно.

В качестве примера можно привести метод измерения сопротивления обмотки ротора генератора при работе с выпрямительной схемой возбуждения. Поскольку в ней наводятся большие переменные составляющие напряжения, то контроль ее нагрева осуществляется постоянно.

Дистанционный замер и отображение температуры у обмотки возбуждения происходит на вращающемся роторе. Термодатчик стационарно располагается в наиболее благоприятной зоне контроля и воспринимает направленные на него тепловые лучи. Сигнал, обработанный внутренней схемой, выводится на устройство отображения информации, которое может быть оборудовано стрелочным указателем и шкалой.

Схемы, работающие по этому принципу, отличаются относительной простотой и надежностью.

В зависимости от назначения пирометры и тепловизоры подразделяют на устройства:

  • высокотемпературные, предназначенные для измерения сильно нагретых объектов;

  • низкотемпературные, способные контролировать даже охлаждение деталей при морозе.

Конструкции современных пирометров и тепловизоров могут оборудоваться системами связи и передачи информации через шину RS-232 с удаленными компьютерами.


Статьи близкие по теме:

  • Лазерные термометры - устройство, принцип действия и применение
  • Способы контроля нагрева электрооборудования в процессе эксплуатации
  • Применение пирометров на энергетических объектах
  • Тепловизоры Fluke
  • Метод сравнения с мерой




  • Наш сайт в Facebook:


    Мы ВКонтакте:

    Школа для электрика | Основы электротехники | Электричество для чайников
    Электрические аппараты | Справочник электрика
     Электроснабжение | Электрические измерения | Электрические схемы
     Электромонтажные работы | Пусконаладочные работы | Эксплуатация электрооборудования

    Счетчики электроэнергии IEK