Bezkontakta temperatūras mērīšana elektroiekārtu darbības laikā

Visas elektroierīces darbojas, laižot caur tām elektrisko strāvu, kas vēl vairāk silda vadus un iekārtas. Šajā gadījumā normālas darbības laikā tiek izveidots līdzsvars starp temperatūras paaugstināšanu un daļas noņemšanu vidē.

Ja kontakta kvalitāte ir bojāta, strāvas plūsmas apstākļi pasliktinās un temperatūra paaugstinās, kas var izraisīt darbības traucējumus. Tāpēc sarežģītās elektroierīcēs, īpaši enerģētikas uzņēmumu augstsprieguma iekārtās, tiek veikta periodiska strāvu daļu sildīšanas uzraudzība.

Augstsprieguma ierīcēm mērījumus veic ar bezkontakta metodi drošā attālumā.

Temperatūras attālinātās mērīšanas principi

Katrā fiziskajā ķermenī notiek atomu un molekulu kustība, ko pavada elektromagnētisko viļņu emisija… Objekta temperatūra ietekmē šo procesu intensitāti, un tās vērtību var novērtēt pēc siltuma plūsmas vērtības.

Bezkontakta temperatūras mērīšana ir balstīta uz šo principu.

Zondes avots ar temperatūru «T» apkārtējā telpā izstaro siltuma plūsmu «F», ko uztver siltuma sensors, kas atrodas attālumā no siltuma avota. Pēc tam informācijas panelī «I» tiek parādīts iekšējās ķēdes pārveidotais signāls.

Temperatūras mērīšanas ierīces, kas to mēra ar infrasarkano starojumu, sauc par infrasarkanajiem termometriem vai to saīsināto nosaukumu «pirometri».

To precīzai darbībai ir svarīgi pareizi noteikt mērījumu diapazonu elektromagnētisko viļņu skalā, kas ir aptuveni 0,5-20 mikronu laukums.

Mērījumu kvalitāti ietekmējošie faktori

Pirometru kļūda ir atkarīga no vairākiem faktoriem:

1. objekta novērojamās zonas virsmai jābūt tiešā novērošanas zonā;
2. putekļi, migla, tvaiki un citi objekti starp siltuma sensoru un siltuma avotu vājina signālu, kā arī netīrumu pēdas uz optikas;
3. pētāmā ķermeņa virsmas struktūra un stāvoklis ietekmē infrasarkanās plūsmas intensitāti un termometra rādījumus.

Vai trešais faktors izskaidro izstarojuma izmaiņu grafiku? no viļņa garuma.

Tas demonstrē melno, pelēko un krāsu izstarotāju īpašības.

Melnā materiāla infrasarkanā starojuma spēja Фs tiek ņemta par pamatu citu produktu salīdzināšanai un tiek pieņemta vienāda ar 1. Visu pārējo reālo vielu ФR koeficienti kļūst mazāki par 1.

Praksē pirometri pārvērš reālu objektu starojumu ideāla emitētāja parametros.

Mērījumu ietekmē arī:

• infrasarkanā spektra viļņa garums, pie kura tiek veikts mērījums;

• testējamās vielas temperatūra.

Kā darbojas bezkontakta temperatūras mērītājs

Saskaņā ar informācijas izvadīšanas un apstrādes metodi virsmas sildīšanas tālvadības ierīces iedala:

• pirometri;

• termovizori.

Pirometra ierīce

Parasti šo ierīču sastāvu var attēlot bloku pēc bloka:

• infrasarkanais sensors ar optisko sistēmu un atstarojošo gaismas vadu;

• elektroniska shēma, kas pārveido saņemto signālu;

• displejs, kas parāda temperatūru;

• barošanas pogu.

Siltuma starojuma plūsmu fokusē ar optisko sistēmu un ar spoguļiem novirza uz sensoru primārai siltumenerģijas pārvēršanai elektriskā signālā ar sprieguma vērtību, kas ir proporcionāla infrasarkanajam starojumam.

Elektriskā signāla sekundārā pārveidošana notiek elektroniskajā ierīcē, pēc kuras mērīšanas un ziņošanas modulis displejā parāda informāciju, kā likums, digitālā forma.

No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka lietotājam ir jāizmēra attālā objekta temperatūra:

• ieslēdziet ierīci, nospiežot pogu;

• norādīt izmeklējamo objektu;

• veikt depozītu.

Taču precīzai mērīšanai nepieciešams ne tikai ņemt vērā rādījumus ietekmējošos faktorus, bet arī izvēlēties pareizo attālumu līdz objektam, ko nosaka ierīces optiskā izšķirtspēja.

Pirometriem ir dažādi skata leņķi, kuru raksturlielumi lietotāju ērtībām ir izvēlēti atkarībā no attāluma līdz mērīšanas objektam un kontrolējamās virsmas pārklājuma laukumam. Piemēram, attēlā redzama attiecība 10:1.

Tā kā šie raksturlielumi ir tieši proporcionāli viens otram, precīzai temperatūras mērīšanai ir nepieciešams ne tikai pareizi novirzīt ierīci uz objektu, bet arī izvēlēties attālumu, lai izvēlētos mērītās zonas laukumu.

Pēc tam optiskā sistēma apstrādās siltuma plūsmu no vēlamās virsmas, neņemot vērā apkārtējo objektu starojuma ietekmi.

Šim nolūkam uzlabotie pirometru modeļi ir aprīkoti ar lāzera apzīmējumiem, kas palīdz virzīt siltuma sensoru uz objektu un atvieglo novērojamās virsmas laukuma noteikšanu. Tiem var būt dažādi darbības principi un atšķirīga mērķauditorijas atlases precizitāte.

Viens lāzera stars tikai aptuveni norāda kontrolējamās zonas centra atrašanās vietu un ļauj neprecīzi noteikt tā robežas. Tās ass ir nobīdīta attiecībā pret pirometra optiskās sistēmas centru. Tas rada paralakses kļūdu.

Koaksiālajai metodei nav šī trūkuma - lāzera stars sakrīt ar ierīces optisko asi un precīzi norāda izmērītās zonas centru, bet nenosaka tā robežas.

Kontrolējamās zonas izmēru norāde tiek nodrošināta mērķa rādītājā ar dubultu lāzera staru... Bet nelielos attālumos līdz objektam pieļaujama kļūda sākotnējā jutīguma zonas sašaurināšanās dēļ. Šis trūkums ir ļoti izteikts ar objektīviem ar īsu fokusa attālumu.

Krusta lāzera apzīmējumi uzlabo ar īsa fokusa lēcām aprīkotu pirometru precizitāti.

Viens apļveida lāzera stars ļauj noteikt novērošanas zonu, taču tam ir arī paralakse un tas pārvērtē ierīces rādījumus nelielos attālumos.

Apļveida precizitātes lāzera apzīmējums darbojas visuzticamāk, un tam nav visu iepriekšējo dizainu trūkumu.

Pirometri parāda temperatūras informāciju, izmantojot teksta-ciparu displeja metodi, ko var papildināt ar citu informāciju.

Siltumizolācijas ierīce

Šo temperatūras mērīšanas ierīču dizains atgādina pirometru dizainu. Viņiem ir hibrīda mikroshēma kā infrasarkanā starojuma plūsmas uztveršanas elements.

Ar savu gaismjutīgo epitaksiālo slāni tas uztver IR plūsmu caur stipri leģētu substrātu ar tā gaismjutīgo epitaksisko slāni.

Fotoattēlā parādīta termovizora uztvērēja ierīce ar hibrīda mikroshēmu.

Termokameras, kuru pamatā ir matricas detektori, termiskā jutība ļauj izmērīt temperatūru ar 0,1 grādu precizitāti. Bet šādas ierīces ar augstu precizitāti izmanto sarežģītu laboratorijas stacionāro iekārtu termogrāfos.

Visas darba metodes ar termovizoru tiek veiktas tāpat kā ar pirometru, bet tā ekrānā tiek parādīts elektroiekārtas attēls, kas parādīts jau pārskatītā krāsu gammā, ņemot vērā visu detaļu sildīšanas stāvokli.

Blakus termiskajam attēlam ir skala krāsu pārvēršanai temperatūras lineālā.

Salīdzinot pirometra un termovizora veiktspēju, jūs varat redzēt atšķirību:

• pirometrs nosaka vidējo temperatūru apgabalā, ko tas novēro;

• termokamera ļauj novērtēt visu tā uzraugāmajā zonā esošo elementu uzsilšanu.

Bezkontakta temperatūras mērītāju konstrukcijas iezīmes

Iepriekš aprakstītās ierīces attēlo mobilie modeļi, kas ļauj konsekventi mērīt temperatūru daudzās elektrisko iekārtu darbības vietās:

• jaudas un mērtransformatoru un slēdžu ievades;

• atdalītāju kontakti, kas darbojas zem slodzes;

• kopņu sistēmu un augstsprieguma sadales iekārtu sekciju mezgli;

• gaisvadu elektrolīniju vadu savienošanas vietās un citās elektrisko ķēžu komutācijas vietās.

Tomēr dažos gadījumos, veicot tehnoloģiskās darbības ar elektroiekārtām, nav nepieciešamas sarežģītas bezkontakta temperatūras mērītāju konstrukcijas, un ir pilnīgi iespējams tikt galā ar vienkāršiem modeļiem, kas uzstādīti pastāvīgi.

Piemērs ir ģeneratora rotora tinuma pretestības mērīšanas metode, strādājot ar taisngrieža ierosmes ķēdi. Tā kā tajā tiek inducētas lielas maiņstrāvas sastāvdaļas, tā sildīšanas kontrole tiek veikta nepārtraukti.

Temperatūras attālināta mērīšana un rādīšana pie ierosmes spoles tiek veikta uz rotējoša rotora. Termiskais sensors pastāvīgi atrodas vislabvēlīgākajā vadības zonā un uztver pret to vērstos siltuma starus. Iekšējās ķēdes apstrādātais signāls tiek izvadīts uz informācijas displeja ierīci, kas var būt aprīkota ar rādītāju un skalu.

Shēmas, kuru pamatā ir šis princips, ir salīdzinoši vienkāršas un uzticamas.

Atkarībā no mērķa pirometrus un termovizorus iedala ierīcēs:

• augsta temperatūra, paredzēta ļoti karstu priekšmetu mērīšanai;

• zema temperatūra, spēj kontrolēt pat detaļu dzesēšanu sasalšanas laikā.

Mūsdienu pirometru un termovizoru konstrukcijas var aprīkot ar sakaru sistēmām un informācijas pārraidi caur RS-232 autobuss ar attāliem datoriem.