Бесконтактно мерење температуре током рада електричне опреме

Сви електрични апарати раде тако што кроз њих пропуштају електричну струју која додатно загрева жице и опрему. У овом случају, током нормалног рада, ствара се равнотежа између повећања температуре и уклањања њеног дела у околину.

Ако је квалитет контакта неисправан, тренутни услови протока се погоршавају и температура расте, што може изазвати квар. Због тога се у сложеним електричним уређајима, посебно високонапонској опреми енергетских предузећа, врши периодично праћење загревања делова под напоном.

За високонапонске уређаје мерења се врше бесконтактном методом на безбедној удаљености.

Принципи даљинског мерења температуре

Свако физичко тело има кретање атома и молекула које је праћено емисија електромагнетних таласа… Температура објекта утиче на интензитет ових процеса, а њена вредност се може проценити на основу вредности топлотног тока.

Бесконтактно мерење температуре заснива се на овом принципу.

Извор сонде са температуром «Т» емитује топлотни ток «Ф» у околни простор, који се опажа помоћу термалног сензора који се налази на удаљености од извора топлоте. Након тога, сигнал конвертован од стране унутрашњег кола се приказује на информационој табли «И».

Уређаји за мерење температуре, који је мере инфрацрвеним зрачењем, називају се инфрацрвени термометри или њихов скраћени назив «пирометри».

За њихов тачан рад важно је правилно одредити опсег мерења на скали електромагнетних таласа, што је подручје од приближно 0,5-20 микрона.

Фактори који утичу на квалитет мерења

Грешка пирометара зависи од више фактора:

1. површина посматраног подручја објекта мора бити у зони директног посматрања;
2. прашина, магла, пара и други предмети између топлотног сензора и извора топлоте слабе сигнал, као и трагови прљавштине на оптици;
3. структура и стање површине испитиваног тела утичу на интензитет инфрацрвеног флукса и очитавања термометра.

Да ли трећи фактор објашњава график промене емисивности? таласне дужине.

Показује карактеристике црних, сивих и емитера у боји.

Способност инфрацрвеног зрачења Фс црног материјала узима се као основа за поређење других производа и узима се као 1. Коефицијенти свих осталих реалних супстанци ФР постају мањи од 1.

У пракси, пирометри претварају зрачење стварних објеката у параметре идеалног емитера.

На мерење такође утичу:

• таласна дужина инфрацрвеног спектра на којој се врши мерење;

• температура испитиване супстанце.

Како функционише бесконтактни мерач температуре

Према начину слања информација и њихове обраде, уређаји за даљинско управљање површинским грејањем се деле на:

• пирометри;

• термовизије.

Пирометарски уређај

Уобичајено, састав ових уређаја може се представити блок по блок:

• инфрацрвени сензор са оптичким системом и рефлектујућим светлосним водичем;

• електронско коло које претвара примљени сигнал;

• дисплеј који приказује температуру;

• дугме за напајање.

Ток топлотног зрачења је фокусиран оптичким системом и преко огледала усмерен ка сензору за примарну конверзију топлотне енергије у електрични сигнал чија је вредност напона пропорционална инфрацрвеном зрачењу.

У електронском уређају долази до секундарне конверзије електричног сигнала, након чега мерно-извјештајни модул приказује информације на дисплеју, по правилу, у дигитални облик.

На први поглед се чини да корисник треба да измери температуру удаљеног објекта:

• укључите уређај притиском на дугме;

• навести објекат који се истражује;

• узети исказ.

Међутим, за тачно мерење потребно је не само узети у обзир факторе који утичу на очитавања, већ и одабрати тачну удаљеност до објекта, која је одређена оптичком резолуцијом уређаја.

Пирометри имају различите углове гледања, чије су карактеристике, ради погодности корисника, одабране за однос између удаљености до објекта мерења и површине покривености контролисане површине. Као пример, на слици је приказан однос 10:1.

Пошто су ове карактеристике директно пропорционалне једна другој, за прецизно мерење температуре потребно је не само правилно усмерити уређај на објекат, већ и изабрати растојање за избор површине мерене површине.

Оптички систем ће тада обрадити топлотни ток са жељене површине не узимајући у обзир ефекат зрачења околних објеката.

У ту сврху, побољшани модели пирометара опремљени су ласерским ознакама које помажу у усмеравању топлотног сензора на објекат и олакшавају одређивање површине посматране површине. Могу имати различите принципе рада и различиту прецизност циљања.

Један ласерски зрак само приближно указује на локацију центра контролисане области и омогућава непрецизно одређивање њених граница. Његова оса је померена у односу на центар оптичког система пирометра. Ово уводи грешку паралаксе.

Коаксијални метод је лишен овог недостатка — ласерски зрак се поклапа са оптичком осом уређаја и тачно указује на центар мерене области, али не одређује њене границе.

Индикација димензија контролисаног подручја је обезбеђена у циљном показивачу двоструким ласерским снопом... Али на малим растојањима до објекта дозвољена је грешка због почетног сужавања области осетљивости. Овај недостатак је веома изражен код сочива са кратком жижном даљином.

Унакрсне ласерске ознаке побољшавају тачност пирометара опремљених кратким фокусним сочивима.

Један кружни ласерски зрак вам омогућава да одредите област посматрања, али такође има паралаксу и прецењује очитавања уређаја на малим удаљеностима.

Ласерски означивач кружне прецизности ради најпоузданије и лишен је свих недостатака претходних дизајна.

Пирометри приказују информације о температури користећи текстуално-нумеричку методу приказа која се може допунити другим информацијама.

Уређај за топлотну изолацију

Дизајн ових уређаја за мерење температуре подсећа на пирометар. Имају хибридно микроколо као пријемни елемент тока инфрацрвеног зрачења.

Са својим фотоосетљивим епитаксијалним слојем, он опажа ИР флукс кроз јако допирану подлогу са својим фотоосетљивим епитаксијалним слојем.

Уређај пријемника термовизира са хибридним микроколом приказан је на фотографији.

Топлотна осетљивост термовизира заснованих на матричним детекторима омогућава вам да мерите температуру са тачношћу од 0,1 степен. Али такви уређаји са високом прецизношћу се користе у термографима сложених лабораторијских стационарних инсталација.

Све методе рада са термовизиром изводе се на исти начин као и са пирометром, али се на његовом екрану приказује слика електричне опреме, која је већ представљена у ревидираној гами боја, узимајући у обзир стање загревања свих делова.

Поред термалне слике је скала за претварање боја у температурни лењир.

Када упоредите перформансе пирометра и термовизира, можете видети разлику:

• пирометар одређује просечну температуру у области коју посматра;

• термовизир вам омогућава да процените загревање свих саставних елемената који се налазе у области коју надгледа.

Карактеристике дизајна бесконтактних мерача температуре

Горе описани уређаји представљени су мобилним моделима који омогућавају доследно мерење температуре на многим местима рада електричне опреме:

• улази енергетских и мерних трансформатора и прекидача;

• контакти растављача који раде под оптерећењем;

• склопови сабирничких система и секције високонапонских расклопних уређаја;

• на местима спајања жица надземних далековода и другим местима комутације електричних кола.

Међутим, у неким случајевима приликом извођења технолошких операција на електричној опреми, сложени дизајни бесконтактних мерача температуре нису потребни, а сасвим је могуће носити се са једноставним моделима који су трајно инсталирани.

Пример је метода мерења отпора намотаја ротора генератора при раду са побудним кругом исправљача. Пошто се у њему индукују велике компоненте наизменичне струје, контрола његовог загревања се врши континуирано.

Даљинско мерење и приказ температуре на побудном калему се врши на ротирајућем ротору. Термални сензор се трајно налази у најповољнијој контролној зони и опажа топлотне зраке усмерене ка њему. Сигнал који обрађује унутрашње коло излази на уређај за приказ информација, који може бити опремљен показивачем и скалом.

Шеме засноване на овом принципу су релативно једноставне и поуздане.

У зависности од намене, пирометри и термовизири се деле на уређаје:

• висока температура, дизајнирана за мерење веома врућих предмета;

• ниска температура, способна да контролише чак и хлађење делова током замрзавања.

Дизајни савремених пирометара и термовизира могу бити опремљени комуникационим системима и преносом информација путем РС-232 аутобус са удаљеним рачунарима.