Contactloze temperatuurmeting tijdens het gebruik van elektrische apparatuur

Alle elektrische apparaten werken door er een elektrische stroom doorheen te sturen, waardoor de draden en apparatuur verder worden verwarmd. In dit geval wordt tijdens normaal bedrijf een balans gecreëerd tussen het verhogen van de temperatuur en het afvoeren van een deel ervan naar de omgeving.

Als de contactkwaliteit defect is, verslechteren de huidige stromingsomstandigheden en stijgt de temperatuur, wat een storing kan veroorzaken. Daarom wordt in complexe elektrische apparaten, met name hoogspanningsapparatuur van energiebedrijven, periodieke bewaking van de verwarming van onder spanning staande delen uitgevoerd.

Voor hoogspanningsapparaten worden metingen uitgevoerd door een contactloze methode op een veilige afstand.

Principes van temperatuurmeting op afstand

Elk fysiek lichaam heeft een beweging van atomen en moleculen die gepaard gaat met uitzending van elektromagnetische golven… De temperatuur van het object beïnvloedt de intensiteit van deze processen en de waarde ervan kan worden geschat aan de hand van de waarde van de warmtestroom.

Op dit principe is contactloze temperatuurmeting gebaseerd.

Een sondebron met een temperatuur «T» zendt een warmtestroom «F» uit in de omringende ruimte, die wordt waargenomen door een thermische sensor die zich op een afstand van de warmtebron bevindt. Daarna wordt het door het interne circuit geconverteerde signaal weergegeven op het informatiepaneel «I».

Apparaten voor het meten van temperatuur, die deze meten door middel van infraroodstraling, worden infraroodthermometers of hun afgekorte naam "pyrometers" genoemd.

Voor hun nauwkeurige werking is het belangrijk om het meetbereik op de elektromagnetische golfschaal correct te bepalen, wat een gebied is van ongeveer 0,5-20 micron.

Factoren die de meetkwaliteit beïnvloeden

De fout van pyrometers is afhankelijk van een aantal factoren:

1. het oppervlak van het waargenomen gebied van het object moet zich in het gebied van directe observatie bevinden;
2. stof, mist, stoom en andere objecten tussen de warmtesensor en de warmtebron verzwakken het signaal, evenals sporen van vuil op de optiek;
3. de structuur en conditie van het oppervlak van het onderzochte lichaam beïnvloeden de intensiteit van de infraroodstroom en de aflezingen van de thermometer.

Verklaart de derde factor de grafiek van verandering in emissiviteit? van de golflengte.

Het demonstreert de kenmerken van zwarte, grijze en kleurenzenders.

Het vermogen van infraroodstraling Фs van een zwart materiaal wordt als basis genomen voor het vergelijken van andere producten en wordt gelijk gesteld aan 1. De coëfficiënten van alle andere reële stoffen ФR worden kleiner dan 1.

In de praktijk zetten pyrometers de straling van echte objecten om in de parameters van een ideale zender.

De meting wordt ook beïnvloed door:

• de golflengte van het infraroodspectrum waarop de meting wordt uitgevoerd;

• temperatuur van de teststof.

Hoe een contactloze temperatuurmeter werkt

Volgens de methode voor het uitvoeren van informatie en de verwerking ervan, zijn apparaten voor afstandsbediening van oppervlakteverwarming onderverdeeld in:

• pyrometers;

• warmtebeeldcamera's.

Pyrometer apparaat

Conventioneel kan de samenstelling van deze apparaten blok voor blok worden gepresenteerd:

• infraroodsensor met optisch systeem en reflecterende lichtgeleider;

• een elektronisch circuit dat het ontvangen signaal omzet;

• een display dat de temperatuur weergeeft;

• de aan/uit-knop.

De stroom warmtestraling wordt gefocusseerd door een optisch systeem en door spiegels naar een sensor geleid voor de primaire omzetting van thermische energie in een elektrisch signaal met een spanningswaarde die evenredig is met de infraroodstraling.

De secundaire omzetting van het elektrische signaal vindt plaats in het elektronische apparaat, waarna de meet- en rapportagemodule informatie op het display weergeeft, in de regel in digitaal formulier.

Op het eerste gezicht lijkt het erop dat de gebruiker de temperatuur van een object op afstand moet meten:

• schakel het apparaat in door op de knop te drukken;

• specificeer het te onderzoeken object;

• een verklaring afleggen.

Voor een nauwkeurige meting is het echter niet alleen nodig om rekening te houden met de factoren die van invloed zijn op de metingen, maar ook om de juiste afstand tot het object te kiezen, die wordt bepaald door de optische resolutie van het apparaat.

Pyrometers hebben verschillende kijkhoeken, waarvan de kenmerken, voor het gemak van gebruikers, worden geselecteerd op basis van de relatie tussen de afstand tot het meetobject en het dekkingsgebied van het gecontroleerde oppervlak. Als voorbeeld toont de afbeelding een verhouding van 10:1.

Aangezien deze kenmerken recht evenredig met elkaar zijn, is het voor een nauwkeurige temperatuurmeting niet alleen nodig om het apparaat correct op het object te richten, maar ook om de afstand te kiezen om het gebied van het gemeten gebied te kiezen.

Het optische systeem zal dan de warmtestroom van het gewenste oppervlak verwerken zonder rekening te houden met het effect van straling van omringende objecten.

Voor dit doel zijn verbeterde modellen van pyrometers uitgerust met laseraanduidingen die helpen de thermische sensor op het object te richten en de bepaling van het gebied van het waargenomen oppervlak vergemakkelijken. Ze kunnen verschillende werkingsprincipes hebben en verschillende doelnauwkeurigheid hebben.

Een enkele laserstraal geeft slechts bij benadering de locatie van het centrum van het gecontroleerde gebied aan en maakt het mogelijk om de grenzen onnauwkeurig te bepalen. De as is verschoven ten opzichte van het midden van het optische pyrometersysteem. Dit introduceert een parallaxfout.

Een coaxiale methode heeft dit nadeel niet: de laserstraal valt samen met de optische as van het apparaat en geeft nauwkeurig het midden van het gemeten gebied aan, maar bepaalt de grenzen niet.

Een indicatie van de afmetingen van het gecontroleerde gebied wordt gegeven in de doelaanwijzer met een dubbele laserstraal... Maar op kleine afstanden tot het object is een fout toegestaan ​​vanwege de aanvankelijke vernauwing van het gevoeligheidsgebied. Dit nadeel is zeer uitgesproken bij lenzen met een korte brandpuntsafstand.

Kruislaseraanduidingen verbeteren de nauwkeurigheid van pyrometers die zijn uitgerust met lenzen met een korte focus.

Met een enkele cirkelvormige laserstraal kunt u het observatiegebied bepalen, maar deze heeft ook parallax en overschat de meetwaarden van het apparaat op korte afstanden.

Een cirkelvormige precisielaseraanduiding werkt het meest betrouwbaar en heeft geen last van alle nadelen van eerdere ontwerpen.

Pyrometers geven temperatuurinformatie weer met behulp van een tekst-numerieke weergavemethode die kan worden aangevuld met andere informatie.

Apparaat voor thermische isolatie

Het ontwerp van deze temperatuurmeetapparaten lijkt op dat van pyrometers. Ze hebben een hybride microschakeling als ontvangstelement van de infrarode stralingsstroom.

Met zijn lichtgevoelige epitaxiale laag neemt het IR-flux waar door een zwaar gedoteerd substraat met zijn lichtgevoelige epitaxiale laag.

Het apparaat van de ontvanger van een warmtebeeldcamera met een hybride microschakeling wordt op de foto getoond.

Door de warmtegevoeligheid van warmtebeeldcamera's op basis van matrixdetectoren meet je de temperatuur met een nauwkeurigheid van 0,1 graad. Maar dergelijke apparaten met hoge nauwkeurigheid worden gebruikt in thermografen van complexe stationaire laboratoriuminstallaties.

Alle methoden om met een warmtebeeldcamera te werken worden op dezelfde manier uitgevoerd als met een pyrometer, maar op het scherm wordt een afbeelding van elektrische apparatuur weergegeven, al gepresenteerd in een herzien kleurengamma, rekening houdend met de staat van verwarming van alle onderdelen.

Naast het warmtebeeld zit een schaal om kleuren om te zetten naar een temperatuurliniaal.

Wanneer u de prestaties van een pyrometer en een warmtebeeldcamera vergelijkt, ziet u het verschil:

• de pyrometer bepaalt de gemiddelde temperatuur in het gebied dat hij waarneemt;

• Met de warmtebeeldcamera kunt u de verwarming beoordelen van alle samenstellende elementen in het gebied dat wordt bewaakt.

Ontwerpkenmerken van contactloze temperatuurmeters

De hierboven beschreven apparaten worden weergegeven door mobiele modellen die consistente temperatuurmetingen mogelijk maken op veel plaatsen waar elektrische apparatuur wordt gebruikt:

• ingangen van vermogens- en meettransformatoren en schakelaars;

• contacten van scheiders die onder belasting werken;

• samenstellingen van bussystemen en secties van hoogspanningsschakelaars;

• op de plaatsen van verbindingsdraden van bovengrondse hoogspanningslijnen en andere plaatsen van commutatie van elektrische circuits.

In sommige gevallen zijn bij het uitvoeren van technologische bewerkingen op elektrische apparatuur echter geen complexe ontwerpen van contactloze temperatuurmeters nodig en is het heel goed mogelijk om te gaan met eenvoudige modellen die permanent zijn geïnstalleerd.

Een voorbeeld is de methode voor het meten van de weerstand van de generatorrotorwikkeling bij het werken met een gelijkrichterbekrachtigingscircuit. Omdat er grote AC-componenten in worden geïnduceerd, wordt de regeling van de verwarming continu uitgevoerd.

Op afstand meten en weergeven van de temperatuur bij de excitatiespoel wordt uitgevoerd op een roterende rotor. De thermische sensor bevindt zich permanent in de meest gunstige regelzone en neemt de daarop gerichte warmtestralen waar. Het signaal dat door het interne circuit wordt verwerkt, wordt uitgevoerd naar een informatieweergaveapparaat, dat kan zijn uitgerust met een aanwijzer en een schaal.

Regelingen op basis van dit principe zijn relatief eenvoudig en betrouwbaar.

Afhankelijk van het doel zijn pyrometers en warmtebeeldcamera's onderverdeeld in apparaten:

• hoge temperatuur, ontworpen om zeer hete objecten te meten;

• lage temperatuur, in staat om zelfs de koeling van onderdelen tijdens het vriezen te regelen.

De ontwerpen van moderne pyrometers en warmtebeeldcamera's kunnen worden uitgerust met communicatiesystemen en overdracht van informatie via RS-232-bus met computers op afstand.