Kosketukseton lämpötilan mittaus sähkölaitteiden käytön aikana

Kaikki sähkölaitteet toimivat ohjaamalla niiden läpi sähkövirtaa, joka lämmittää edelleen johtoja ja laitteita. Tällöin normaalin käytön aikana syntyy tasapaino lämpötilan nostamisen ja osan poistamisen välillä ympäristöön.

Jos koskettimen laatu on viallinen, virtausolosuhteet huononevat ja lämpötila nousee, mikä voi aiheuttaa toimintahäiriön. Siksi monimutkaisissa sähkölaitteissa, erityisesti voimalaitosten suurjännitelaitteissa, jännitteisten osien kuumenemista seurataan säännöllisesti.

Suurjännitelaitteiden mittaukset tehdään kosketuksettomalla menetelmällä turvalliselta etäisyydeltä.

Lämpötilan etämittauksen periaatteet

Jokaisessa fyysisessä kehossa on atomien ja molekyylien liike, johon liittyy sähkömagneettisten aaltojen emissio… Kohteen lämpötila vaikuttaa näiden prosessien intensiteettiin, ja sen arvo voidaan arvioida lämpövirran arvolla.

Kosketukseton lämpötilan mittaus perustuu tähän periaatteeseen.

Anturin lähde, jonka lämpötila on «T», lähettää ympäröivään tilaan lämpövuon «F», jonka havaitsee etäisyyden päässä lämmönlähteestä sijaitseva lämpöanturi. Sen jälkeen sisäisen piirin muuntama signaali näytetään tietopaneelissa «I».

Lämpötilan mittaamiseen tarkoitettuja laitteita, jotka mittaavat sitä infrapunasäteilyllä, kutsutaan infrapunalämpömittariksi tai niiden lyhennetyksi nimeksi "pyrometreiksi".

Niiden tarkan toiminnan kannalta on tärkeää määrittää oikein mittausalue sähkömagneettisen aallon asteikolla, joka on noin 0,5-20 mikronia.

Mittauksen laatuun vaikuttavat tekijät

Pyrometrien virhe riippuu useista tekijöistä:

1. kohteen tarkkailtavan alueen pinnan on oltava suoran havainnoinnin alueella;
2. pöly, sumu, höyry ja muut esineet lämpöanturin ja lämmönlähteen välillä heikentävät signaalia, samoin kuin likajäljet ​​optiikassa;
3. tutkittavan kappaleen pinnan rakenne ja kunto vaikuttavat infrapunavirran voimakkuuteen ja lämpömittarin lukemiin.

Selittääkö kolmas tekijä emissiivisyysmuutoskäyrän? aallonpituudesta.

Se esittelee mustan, harmaan ja värisäteilijän ominaisuuksia.

Muiden tuotteiden vertailun perustaksi otetaan mustan materiaalin infrapunasäteilyn kyky Фs ja se on yhtä suuri kuin 1. Kaikkien muiden todellisten aineiden kertoimet ФR ovat pienempiä kuin 1.

Käytännössä pyrometrit muuntavat todellisten esineiden säteilyn ihanteellisen emitterin parametreiksi.

Mittaukseen vaikuttavat myös:

• infrapunaspektrin aallonpituus, jolla mittaus suoritetaan;

• testiaineen lämpötila.

Kuinka kosketukseton lämpötilamittari toimii

Tiedon tulostustavan ja sen käsittelyn mukaan pintalämmityksen kauko-ohjattavat laitteet jaetaan:

• pyrometrit;

• lämpökamerat.

Pyrometri laite

Perinteisesti näiden laitteiden koostumus voidaan esittää lohko lohkolta:

• infrapuna-anturi optisella järjestelmällä ja heijastavalla valonohjaimella;

• elektroninen piiri, joka muuntaa vastaanotetun signaalin;

• näyttö, joka näyttää lämpötilan;

• virtapainiketta.

Lämpösäteilyn virtaus fokusoidaan optisella järjestelmällä ja ohjataan peileillä anturiin lämpöenergian ensisijaiseksi muuntamiseksi sähkösignaaliksi, jonka jännitearvo on verrannollinen infrapunasäteilyyn.

Sähköisen signaalin toissijainen muunnos tapahtuu elektroniikkalaitteessa, jonka jälkeen mittaus- ja raportointimoduuli näyttää tiedot näytöllä pääsääntöisesti digitaalinen muoto.

Ensi silmäyksellä näyttää siltä, ​​​​että käyttäjän on mitattava etäobjektin lämpötila:

• käynnistä laite painamalla painiketta;

• määritä tutkittava kohde;

• ota talletus.

Tarkkaa mittausta varten on kuitenkin välttämätöntä paitsi ottaa huomioon lukemiin vaikuttavat tekijät, myös valita oikea etäisyys kohteeseen, jonka määrittää laitteen optinen resoluutio.

Pyrometreillä on erilaiset katselukulmat, joiden ominaisuudet valitaan käyttäjien mukavuuden vuoksi mittauskohteen etäisyyden ja ohjatun pinnan peittoalueen välisen suhteen perusteella. Esimerkkinä kuvassa suhde 10:1.

Koska nämä ominaisuudet ovat suoraan verrannollisia toisiinsa, tarkkaa lämpötilan mittausta varten on välttämätöntä paitsi osoittaa laite oikein kohteeseen, myös valita etäisyys mitattavan alueen valitsemiseksi.

Optinen järjestelmä käsittelee sitten lämpövuon halutulta pinnalta ottamatta huomioon ympäröivien esineiden säteilyn vaikutusta.

Tätä tarkoitusta varten parannetut pyrometrien mallit on varustettu lasermerkinnöillä, jotka auttavat ohjaamaan lämpöanturin kohteeseen ja helpottavat havaitun pinnan alueen määrittämistä. Niillä voi olla erilaiset toimintaperiaatteet ja erilainen kohdistustarkkuus.

Yksi lasersäde osoittaa vain likimääräisesti valvotun alueen keskipisteen sijainnin ja mahdollistaa sen rajan epätarkkuuden määrittämisen. Sen akseli on siirtynyt pyrometrin optisen järjestelmän keskustaan ​​nähden. Tämä aiheuttaa parallaksivirheen.

Koaksiaalisella menetelmällä ei ole tätä haittaa - lasersäde osuu yhteen laitteen optisen akselin kanssa ja osoittaa tarkasti mitatun alueen keskipisteen, mutta ei määritä sen rajoja.

Kohdeosoittimessa on kaksinkertaisella lasersäteellä osoitus kontrolloidun alueen mitoista... Mutta pienillä etäisyyksillä kohteeseen on sallittu virhe herkkyysalueen alun kaventumisesta johtuen. Tämä haitta on erittäin selvä objektiiveilla, joilla on lyhyt polttoväli.

Ristilasermerkinnät parantavat lyhyillä tarkennuslinsseillä varustettujen pyrometrien tarkkuutta.

Yksi pyöreä lasersäde mahdollistaa havaintoalueen määrittämisen, mutta siinä on myös parallaksi ja se yliarvioi laitteen lukemat lyhyillä etäisyyksillä.

Pyöreä tarkkuuslaserindikaattori toimii luotettavimmin, eikä siinä ole aiempien mallien haittoja.

Pyrometrit näyttävät lämpötilatiedot teksti-numeerisella näyttömenetelmällä, jota voidaan täydentää muilla tiedoilla.

Lämmöneristyslaite

Näiden lämpötilanmittauslaitteiden rakenne muistuttaa pyrometrien rakennetta. Niissä on hybridi-mikropiiri infrapunasäteilyvirran vastaanottoelementtinä.

Valoherkän epitaksiaalikerroksen ansiosta se havaitsee IR-vuon voimakkaasti seostetun substraatin läpi valoherkällä epitaksikerroksella.

Hybridimikropiirillä varustetun lämpökameran vastaanottimen laite näkyy kuvassa.

Matriisitunnistimiin perustuvien lämpökameroiden lämpöherkkyys mahdollistaa lämpötilan mittaamisen 0,1 asteen tarkkuudella. Mutta tällaisia ​​korkean tarkkuuden laitteita käytetään monimutkaisten kiinteiden laboratoriolaitteistojen termografeissa.

Kaikki lämpökameran kanssa työskentelymenetelmät suoritetaan samalla tavalla kuin pyrometrillä, mutta sen näytöllä näkyy kuva sähkölaitteista, joka esitetään jo tarkistetussa värivalikoimassa, ottaen huomioon kaikkien osien kuumenemistila.

Lämpökuvan vieressä on asteikko värien muuntamiseksi lämpötilaviivaimeksi.

Kun vertaat pyrometrin ja lämpökameran suorituskykyä, näet eron:

• pyrometri määrittää keskimääräisen lämpötilan alueella, jota se tarkkailee;

• lämpökameran avulla voit arvioida kaikkien sen valvomalla alueella olevien rakenneosien kuumenemista.

Kosketuksettomien lämpötilamittareiden suunnitteluominaisuudet

Yllä kuvattuja laitteita edustavat mobiilimallit, jotka mahdollistavat tasaisen lämpötilan mittauksen monissa sähkölaitteiden käyttöpaikoissa:

• teho- ja mittausmuuntajien ja kytkimien tulot;

• kuormituksen alaisena toimivien erottimien koskettimet;

• väyläjärjestelmien kokoonpanot ja suurjännitekytkinlaitteiden osat;

• ilmajohtojen johtojen liitäntäpaikoissa ja muissa sähköpiirien kommutointipaikoissa.

Joissakin tapauksissa suoritettaessa teknisiä toimintoja sähkölaitteille ei kuitenkaan tarvita kosketuksettomien lämpötilamittareiden monimutkaisia ​​rakenteita, ja on täysin mahdollista selviytyä pysyvästi asennetuista yksinkertaisista malleista.

Esimerkki on menetelmä generaattorin roottorin käämityksen resistanssin mittaamiseksi käytettäessä tasasuuntaajan herätepiiriä. Koska siihen indusoituu suuria vaihtovirtakomponentteja, sen lämmitystä ohjataan jatkuvasti.

Virityskäämin lämpötilan etämittaus ja näyttö suoritetaan pyörivällä roottorilla. Lämpöanturi sijaitsee pysyvästi edullisimmalla ohjausvyöhykkeellä ja havaitsee siihen kohdistuvat lämpösäteet. Sisäisen piirin käsittelemä signaali lähetetään tiedon näyttölaitteeseen, joka voi olla varustettu osoittimella ja asteikolla.

Tähän periaatteeseen perustuvat järjestelmät ovat suhteellisen yksinkertaisia ​​ja luotettavia.

Tarkoituksen mukaan pyrometrit ja lämpökamerat jaetaan laitteisiin:

• korkea lämpötila, suunniteltu mittaamaan erittäin kuumia esineitä;

• matala lämpötila, pystyy hallitsemaan jopa osien jäähdytystä jäätymisen aikana.

Nykyaikaiset pyrometrit ja lämpökamerat voidaan varustaa viestintäjärjestelmillä ja tiedonsiirrolla niiden kautta RS-232 väylä etätietokoneiden kanssa.