Bezdotykové meranie teploty počas prevádzky elektrických zariadení
Všetky elektrické spotrebiče fungujú tak, že cez ne prechádza elektrický prúd, ktorý ďalej ohrieva vodiče a zariadenia. V tomto prípade sa pri bežnej prevádzke vytvorí rovnováha medzi zvýšením teploty a odstránením jej časti do okolia.
Ak je kvalita kontaktu chybná, súčasné podmienky prúdenia sa zhoršia a teplota sa zvýši, čo môže spôsobiť poruchu. Preto sa v zložitých elektrických zariadeniach, najmä vysokonapäťových zariadeniach energetických podnikov, vykonáva pravidelné monitorovanie ohrevu živých častí.
Pri vysokonapäťových zariadeniach sa merania vykonávajú bezkontaktnou metódou v bezpečnej vzdialenosti.
Princípy diaľkového merania teploty
Každé fyzické telo má pohyb atómov a molekúl, ktorý je sprevádzaný emisie elektromagnetických vĺn… Teplota objektu ovplyvňuje intenzitu týchto procesov a jej hodnotu možno odhadnúť hodnotou tepelného toku.
Na tomto princípe je založené bezdotykové meranie teploty.
Zariadenia na meranie teploty, ktoré ju merajú infračerveným žiarením, sa nazývajú infračervené teplomery alebo ich skrátený názov „pyrometre“.
Pre ich presné fungovanie je dôležité správne určiť rozsah merania na stupnici elektromagnetických vĺn, čo je oblasť približne 0,5-20 mikrónov.
Faktory ovplyvňujúce kvalitu merania
Chyba pyrometrov závisí od mnohých faktorov:
- povrch pozorovanej oblasti objektu musí byť v oblasti priameho pozorovania;
- prach, hmla, para a iné predmety medzi tepelným snímačom a zdrojom tepla oslabujú signál, ako aj stopy nečistôt na optike;
- štruktúra a stav povrchu skúmaného telesa ovplyvňujú intenzitu infračerveného toku a údaje teplomera.
Vysvetľuje tretí faktor graf zmeny emisivity? vlnovej dĺžky.
Demonštruje vlastnosti čiernych, šedých a farebných žiaričov.
Schopnosť infračerveného žiarenia Фs čierneho materiálu sa berie ako základ pre porovnanie iných produktov a rovná sa 1. Koeficienty všetkých ostatných reálnych látok ФR sú menšie ako 1.
V praxi pyrometre premieňajú žiarenie reálnych predmetov na parametre ideálneho žiariča.
Meranie ovplyvňuje aj:
-
vlnová dĺžka infračerveného spektra, pri ktorej sa meranie uskutočňuje;
-
teplota testovanej látky.
Ako funguje bezkontaktný merač teploty
Podľa spôsobu výstupu informácií a ich spracovania sa zariadenia na diaľkové ovládanie plošného vykurovania delia na:
-
pyrometre;
-
termokamery.
Pyrometrické zariadenie
Zvyčajne môže byť zloženie týchto zariadení prezentované blok po bloku:
-
infračervený senzor s optickým systémom a reflexným svetlovodom;
-
elektronický obvod, ktorý konvertuje prijatý signál;
-
displej, ktorý zobrazuje teplotu;
-
tlačidlo napájania.
Tok tepelného žiarenia je zaostrovaný optickým systémom a smerovaný zrkadlami na snímač primárnej premeny tepelnej energie na elektrický signál s hodnotou napätia úmernou infračervenému žiareniu.
V elektronickom zariadení dochádza k sekundárnej konverzii elektrického signálu, po ktorej merací a reportovací modul zobrazuje informácie na displeji spravidla v digitálnej podobe.
Na prvý pohľad sa zdá, že používateľ potrebuje zmerať teplotu vzdialeného objektu:
-
zapnite zariadenie stlačením tlačidla;
-
špecifikovať objekt, ktorý sa má skúmať;
-
prijať výpoveď.
Pre presné meranie je však potrebné brať do úvahy nielen faktory ovplyvňujúce namerané hodnoty, ale aj zvoliť správnu vzdialenosť k objektu, ktorá je určená optickým rozlíšením prístroja.
Pyrometre majú rôzne zorné uhly, ktorých charakteristiky sa pre pohodlie používateľov vyberajú podľa vzťahu medzi vzdialenosťou k objektu merania a oblasťou pokrytia kontrolovaného povrchu. Ako príklad je na obrázku znázornený pomer 10:1.
Keďže tieto charakteristiky sú navzájom priamo úmerné, pre presné meranie teploty je potrebné nielen správne nasmerovať zariadenie na objekt, ale aj zvoliť vzdialenosť pre výber plochy meranej plochy.
Optický systém potom spracuje tepelný tok z požadovaného povrchu bez zohľadnenia vplyvu žiarenia z okolitých predmetov.
Na tento účel sú vylepšené modely pyrometrov vybavené laserovými označeniami, ktoré pomáhajú nasmerovať teplotný senzor na objekt a uľahčujú určenie plochy pozorovaného povrchu. Môžu mať rôzne princípy fungovania a rôznu presnosť zacielenia.
Jediný laserový lúč len približne indikuje polohu stredu kontrolovaného priestoru a umožňuje nepresne určiť jeho hranice. Jeho os je posunutá vzhľadom na stred optického systému pyrometra. To predstavuje chybu paralaxy.
Koaxiálna metóda nemá túto nevýhodu - laserový lúč sa zhoduje s optickou osou zariadenia a presne označuje stred meranej oblasti, ale neurčuje jej hranice.
Indikácia rozmerov kontrolovanej oblasti je zabezpečená v ukazovateli cieľa dvojitým laserovým lúčom... Ale pri malých vzdialenostiach od objektu je povolená chyba v dôsledku počiatočného zúženia oblasti citlivosti. Táto nevýhoda je veľmi výrazná pri objektívoch s krátkou ohniskovou vzdialenosťou.
Krížové laserové označenia zlepšujú presnosť pyrometrov vybavených šošovkami s krátkym ohniskom.
Jediný kruhový laserový lúč umožňuje určiť oblasť pozorovania, ale má aj paralaxu a nadhodnocuje hodnoty prístroja na krátke vzdialenosti.
Kruhový presný laserový označovač funguje najspoľahlivejšie a nemá všetky nevýhody predchádzajúcich návrhov.
Pyrometre zobrazujú informácie o teplote pomocou textovo-numerickej metódy zobrazenia, ktorú je možné doplniť ďalšími informáciami.
Tepelnoizolačné zariadenie
Konštrukcia týchto zariadení na meranie teploty pripomína pyrometre. Majú hybridný mikroobvod ako prijímací prvok prúdu infračerveného žiarenia.
Zariadenie prijímača termokamery s hybridným mikroobvodom je znázornené na fotografii.
Tepelná citlivosť termokamier na báze matricových detektorov umožňuje merať teplotu s presnosťou 0,1 stupňa. Takéto zariadenia s vysokou presnosťou sa však používajú v termografoch zložitých laboratórnych stacionárnych inštalácií.
Všetky metódy práce s termokamerou sa vykonávajú rovnakým spôsobom ako s pyrometrom, ale na obrazovke sa zobrazuje obraz elektrického zariadenia, ktorý je už prezentovaný v revidovanej farebnej škále, berúc do úvahy stav zahrievania všetkých častí.
Vedľa termosnímku je stupnica na prevod farieb na pravítko teploty.
Keď porovnáte výkon pyrometra a termokamery, môžete vidieť rozdiel:
-
pyrometer určuje priemernú teplotu v oblasti, ktorú pozoruje;
-
termokamera vám umožňuje posúdiť zahrievanie všetkých prvkov nachádzajúcich sa v oblasti, ktorú monitoruje.
Konštrukčné vlastnosti bezkontaktných meračov teploty
Vyššie opísané zariadenia predstavujú mobilné modely, ktoré umožňujú konzistentné meranie teploty na mnohých miestach prevádzky elektrických zariadení:
-
vstupy silových a meracích transformátorov a spínačov;
-
kontakty odpojovačov pracujúcich pri zaťažení;
-
zostavy zbernicových systémov a sekcií vysokonapäťových rozvádzačov;
-
v miestach pripojovacích vodičov nadzemných elektrických vedení a iných miestach komutácie elektrických obvodov.
V niektorých prípadoch však pri vykonávaní technologických operácií na elektrických zariadeniach nie sú potrebné zložité konštrukcie bezkontaktných meračov teploty a je celkom možné zvládnuť jednoduché modely inštalované natrvalo.
Príkladom je metóda merania odporu vinutia rotora generátora pri práci s budiacim obvodom usmerňovača. Keďže sa v ňom indukujú veľké striedavé zložky, riadenie jeho ohrevu prebieha nepretržite.
Diaľkové meranie a zobrazenie teploty na budiacej cievke sa vykonáva na rotujúcom rotore. Tepelný senzor je trvalo umiestnený v najpriaznivejšej regulačnej zóne a vníma tepelné lúče smerujúce k nemu. Signál spracovaný vnútorným obvodom je vyvedený na informačné zobrazovacie zariadenie, ktoré môže byť vybavené ukazovateľom a stupnicou.
Schémy založené na tomto princípe sú pomerne jednoduché a spoľahlivé.
V závislosti od účelu sa pyrometre a termokamery delia na zariadenia:
-
vysoká teplota, určená na meranie veľmi horúcich predmetov;
-
nízka teplota, schopná kontrolovať aj chladenie dielov počas mrazenia.
Konštrukcie moderných pyrometrov a termokamier môžu byť vybavené komunikačnými systémami a prenosom informácií zbernica RS-232 so vzdialenými počítačmi.