Măsurarea temperaturii fără contact în timpul funcționării echipamentelor electrice

Toate aparatele electrice funcționează prin trecerea unui curent electric prin ele, care încălzește în continuare firele și echipamentele. În acest caz, în timpul funcționării normale, se creează un echilibru între creșterea temperaturii și îndepărtarea unei părți din aceasta în mediu.

Dacă calitatea contactului este defectuoasă, condițiile curentului de curgere se deteriorează și temperatura crește, ceea ce poate provoca o defecțiune. Prin urmare, în dispozitivele electrice complexe, în special în echipamentele de înaltă tensiune ale întreprinderilor energetice, se efectuează monitorizarea periodică a încălzirii pieselor sub tensiune.

Pentru dispozitivele de înaltă tensiune, măsurătorile se fac printr-o metodă fără contact la o distanță sigură.

Principii de măsurare a temperaturii de la distanță

Fiecare corp fizic are o mișcare de atomi și molecule care este însoțită de emisie de unde electromagnetice… Temperatura obiectului afectează intensitatea acestor procese, iar valoarea acestuia poate fi estimată prin valoarea fluxului de căldură.

Măsurarea temperaturii fără contact se bazează pe acest principiu.

O sursă de sondă cu o temperatură «T» emite un flux de căldură «F» în spațiul înconjurător, care este perceput de un senzor termic situat la distanță de sursa de căldură. După aceea, semnalul convertit de circuitul intern este afișat pe panoul de informații «I».

Dispozitivele de măsurare a temperaturii, care o măsoară prin radiație infraroșie, se numesc termometre cu infraroșu sau denumirea lor prescurtată „pirometre”.

Pentru funcționarea lor precisă, este important să se determine corect domeniul de măsurare pe scara undelor electromagnetice, care este o zonă de aproximativ 0,5-20 microni.

Factori care afectează calitatea măsurării

Eroarea pirometrelor depinde de o serie de factori:

1. suprafața zonei observate a obiectului trebuie să fie în zona de observare directă;
2. praful, ceața, aburul și alte obiecte dintre senzorul de căldură și sursa de căldură slăbesc semnalul, precum și urmele de murdărie pe optică;
3. structura și starea suprafeței corpului examinat afectează intensitatea fluxului infraroșu și citirile termometrului.

Cel de-al treilea factor explică graficul modificării emisivității? a lungimii de undă.

Demonstrează caracteristicile emițătorilor de negru, gri și culoare.

Capacitatea radiației infraroșii Фs a unui material negru este luată ca bază pentru compararea altor produse și este considerată egală cu 1. Coeficienții tuturor celorlalte substanțe reale ФR devin mai mici de 1.

În practică, pirometrele convertesc radiația obiectelor reale în parametrii unui emițător ideal.

Măsurarea este, de asemenea, afectată de:

• lungimea de undă a spectrului infraroșu la care se face măsurarea;

• temperatura substanței de testat.

Cum funcționează un contor de temperatură fără contact

În conformitate cu metoda de ieșire a informațiilor și procesarea acesteia, dispozitivele pentru controlul de la distanță a încălzirii suprafeței sunt împărțite în:

• pirometre;

• camere termice.

Dispozitiv pirometru

În mod convențional, compoziția acestor dispozitive poate fi prezentată bloc cu bloc:

• senzor infrarosu cu sistem optic si ghid de lumina reflectorizanta;

• un circuit electronic care convertește semnalul primit;

• un afișaj care arată temperatura;

• butonul de pornire.

Fluxul de radiație termică este focalizat de un sistem optic și direcționat prin oglinzi către un senzor pentru conversia primară a energiei termice într-un semnal electric cu o valoare a tensiunii proporțională cu radiația infraroșie.

Conversia secundară a semnalului electric are loc în dispozitivul electronic, după care modulul de măsurare și raportare afișează informații pe afișaj, de regulă, în formă digitală.

La prima vedere, se pare că utilizatorul trebuie să măsoare temperatura unui obiect de la distanță:

• porniți dispozitivul apăsând butonul;

• precizați obiectul de investigat;

• ia o depoziție.

Cu toate acestea, pentru măsurarea precisă, este necesar nu numai să se țină cont de factorii care afectează citirile, ci și să se aleagă distanța corectă până la obiect, care este determinată de rezoluția optică a dispozitivului.

Pirometrele au unghiuri de vizualizare diferite, ale căror caracteristici, pentru confortul utilizatorilor, sunt selectate pentru relația dintre distanța până la obiectul de măsurare și aria de acoperire a suprafeței controlate. Ca exemplu, imaginea prezintă un raport de 10:1.

Deoarece aceste caracteristici sunt direct proporționale între ele, pentru măsurarea precisă a temperaturii este necesar nu numai să îndreptați corect dispozitivul către obiect, ci și să alegeți distanța pentru a alege zona zonei măsurate.

Sistemul optic va procesa apoi fluxul de căldură de la suprafața dorită fără a lua în considerare efectul radiației de la obiectele din jur.

În acest scop, modelele îmbunătățite de pirometre sunt echipate cu denumiri laser care ajută la direcționarea senzorului termic către obiect și facilitează determinarea zonei suprafeței observate. Ele pot avea principii de funcționare diferite și au o precizie diferită de direcționare.

Un singur fascicul laser indică doar aproximativ locația centrului zonei controlate și face posibilă determinarea limitelor sale în mod imprecis. Axa sa este decalată în raport cu centrul sistemului optic al pirometrului. Aceasta introduce o eroare de paralaxă.

O metodă coaxială este lipsită de acest dezavantaj - fasciculul laser coincide cu axa optică a dispozitivului și indică cu precizie centrul zonei măsurate, dar nu îi determină limitele.

O indicație a dimensiunilor zonei controlate este furnizată în indicatorul țintă cu un fascicul laser dublu... Dar la distanțe mici față de obiect este permisă o eroare din cauza îngustării inițiale a zonei de sensibilitate. Acest dezavantaj este foarte pronunțat la lentilele cu distanță focală scurtă.

Denumirile laser încrucișate îmbunătățesc precizia pirometrelor echipate cu lentile de focalizare scurte.

Un singur fascicul laser circular vă permite să determinați zona de observare, dar are și paralaxă și supraestimează citirile dispozitivului la distanțe scurte.

Un desemnator laser circular de precizie funcționează cel mai fiabil și este lipsit de toate dezavantajele modelelor anterioare.

Pirometrele afișează informații despre temperatură folosind o metodă de afișare numerică text care poate fi completată cu alte informații.

Dispozitiv de izolare termică

Designul acestor dispozitive de măsurare a temperaturii seamănă cu cel al pirometrelor. Au un microcircuit hibrid ca element de recepție al fluxului de radiații infraroșii.

Cu stratul său epitaxial fotosensibil, percepe fluxul IR printr-un substrat puternic dopat cu stratul său epitaxial fotosensibil.

Dispozitivul receptorului unei camere termice cu un microcircuit hibrid este prezentat în fotografie.

Sensibilitatea termică a camerelor termice bazate pe detectoare matrice vă permite să măsurați temperatura cu o precizie de 0,1 grade. Dar astfel de dispozitive cu precizie ridicată sunt utilizate în termografele instalațiilor staționare complexe de laborator.

Toate metodele de lucru cu o cameră termică sunt efectuate în același mod ca și cu un pirometru, dar pe ecran este afișată o imagine a echipamentului electric, prezentată deja într-o gamă de culori revizuită, ținând cont de starea de încălzire a tuturor părților.

Lângă imaginea termică este o scară pentru a converti culorile într-o riglă de temperatură.

Când comparați performanța unui pirometru și a unei camere termice, puteți vedea diferența:

• pirometrul determină temperatura medie în zona pe care o observă;

• camera termică vă permite să evaluați încălzirea tuturor elementelor constitutive situate în zona pe care o monitorizează.

Caracteristici de proiectare ale contoarelor de temperatură fără contact

Dispozitivele descrise mai sus sunt reprezentate de modele mobile care permit măsurători consistente de temperatură în multe locuri de funcționare a echipamentelor electrice:

• intrări ale transformatoarelor de putere și de măsurare și întrerupătoare;

• contactele deconectatoarelor care funcționează sub sarcină;

• ansambluri de sisteme de magistrală și secțiuni de aparate de comutație de înaltă tensiune;

• în locurile de conectare ale cablurilor electrice aeriene și alte locuri de comutare a circuitelor electrice.

Cu toate acestea, în unele cazuri, atunci când se efectuează operațiuni tehnologice asupra echipamentelor electrice, nu sunt necesare proiecte complexe de contoare de temperatură fără contact și este destul de posibil să se facă față modelelor simple instalate permanent.

Un exemplu este metoda de măsurare a rezistenței înfășurării rotorului generatorului atunci când se lucrează cu un circuit de excitare redresor. Deoarece în el sunt induse componente mari AC, controlul încălzirii sale se efectuează continuu.

Măsurarea de la distanță și afișarea temperaturii la bobina de excitație se realizează pe un rotor rotativ. Senzorul termic este amplasat permanent in zona de control cea mai favorabila si percepe razele de caldura indreptate catre acesta. Semnalul procesat de circuitul intern este transmis către un dispozitiv de afișare a informațiilor, care poate fi echipat cu un indicator și o scală.

Schemele bazate pe acest principiu sunt relativ simple și fiabile.

În funcție de scop, pirometrele și camerele termice sunt împărțite în dispozitive:

• temperaturi ridicate, concepute pentru a măsura obiecte foarte fierbinți;

• temperatură scăzută, capabilă să controleze chiar și răcirea pieselor în timpul înghețului.

Proiectele pirometrelor moderne și camerelor termice pot fi echipate cu sisteme de comunicare și transmitere a informațiilor prin Autobuz RS-232 cu calculatoare la distanță.