Bezdotykové měření teploty při provozu elektrických zařízení

Všechny elektrické spotřebiče fungují tak, že jimi prochází elektrický proud, který dále ohřívá vodiče a zařízení. V tomto případě se při běžném provozu vytvoří rovnováha mezi zvýšením teploty a odstraněním její části do okolí.

Pokud je kvalita kontaktu vadná, zhorší se aktuální průtokové podmínky a teplota se zvýší, což může způsobit poruchu. Proto se ve složitých elektrických zařízeních, zejména vysokonapěťových zařízeních energetických podniků, provádí pravidelné monitorování ohřevu živých částí.

U vysokonapěťových zařízení se měření provádí bezkontaktní metodou v bezpečné vzdálenosti.

Principy dálkového měření teploty

Každé fyzické tělo má pohyb atomů a molekul, který je doprovázen emise elektromagnetických vln… Teplota objektu ovlivňuje intenzitu těchto procesů a její hodnotu lze odhadnout hodnotou tepelného toku.

Na tomto principu je založeno bezkontaktní měření teploty.

Zdroj sondy s teplotou «T» vyzařuje do okolního prostoru tepelný tok «F», který je vnímán tepelným senzorem umístěným v určité vzdálenosti od zdroje tepla. Poté se signál převedený vnitřním obvodem zobrazí na informačním panelu «I».

Zařízení pro měření teploty, která ji měří infračerveným zářením, se nazývají infračervené teploměry nebo jejich zkrácený název „pyrometry“.

Pro jejich přesné fungování je důležité správně určit rozsah měření na stupnici elektromagnetických vln, což je oblast cca 0,5-20 mikronů.

Faktory ovlivňující kvalitu měření

Chyba pyrometrů závisí na řadě faktorů:

1. povrch pozorované oblasti objektu musí být v oblasti přímého pozorování;
2. prach, mlha, pára a další předměty mezi tepelným senzorem a zdrojem tepla zeslabují signál, stejně jako stopy nečistot na optice;
3. struktura a stav povrchu vyšetřovaného tělesa ovlivňuje intenzitu infračerveného toku a údaje teploměru.

Vysvětluje třetí faktor graf změny emisivity? vlnové délky.

Demonstruje vlastnosti černých, šedých a barevných zářičů.

Schopnost infračerveného záření Фs černého materiálu se bere jako základ pro srovnání ostatních produktů a bere se rovna 1. Koeficienty všech ostatních reálných látek ФR jsou menší než 1.

V praxi pyrometry převádějí záření reálných objektů na parametry ideálního zářiče.

Měření je také ovlivněno:

• vlnová délka infračerveného spektra, při kterém se měření provádí;

• teplota zkoušené látky.

Jak funguje bezkontaktní měřič teploty

Podle způsobu výstupu informací a jejich zpracování se zařízení pro dálkové ovládání plošného vytápění dělí na:

• pyrometry;

• termokamery.

Pyrometrové zařízení

Obvykle může být složení těchto zařízení prezentováno blok po bloku:

• infračervený senzor s optickým systémem a reflexním světlovodem;

• elektronický obvod, který převádí přijatý signál;

• displej, který ukazuje teplotu;

• tlačítko napájení.

Tok tepelného záření je fokusován optickým systémem a směrován zrcadly do senzoru pro primární přeměnu tepelné energie na elektrický signál s hodnotou napětí úměrnou infračervenému záření.

V elektronickém zařízení dochází k sekundární konverzi elektrického signálu, po které měřicí a reportovací modul zobrazuje informace na displeji zpravidla v digitální podobě.

Na první pohled se zdá, že uživatel potřebuje změřit teplotu vzdáleného objektu:

• zapněte zařízení stisknutím tlačítka;

• specifikovat objekt, který má být vyšetřován;

• přijmout výpověď.

Pro přesné měření je však nutné vzít v úvahu nejen faktory ovlivňující odečty, ale také zvolit správnou vzdálenost k objektu, která je dána optickým rozlišením přístroje.

Pyrometry mají různé úhly pohledu, jejichž vlastnosti jsou pro pohodlí uživatelů vybrány pro vztah mezi vzdáleností k objektu měření a oblastí pokrytí kontrolovaného povrchu. Jako příklad je na obrázku uveden poměr 10:1.

Protože jsou tyto charakteristiky vzájemně přímo úměrné, pro přesné měření teploty je nutné nejen správně namířit zařízení na objekt, ale také zvolit vzdálenost pro výběr oblasti měřené oblasti.

Optický systém pak zpracuje tepelný tok z požadovaného povrchu bez zohlednění vlivu záření z okolních objektů.

Za tímto účelem jsou vylepšené modely pyrometrů vybaveny laserovými značkami, které pomáhají nasměrovat teplotní senzor na objekt a usnadňují určení plochy pozorovaného povrchu. Mohou mít různé provozní principy a mít různou přesnost zaměřování.

Jediný laserový paprsek pouze přibližně indikuje polohu středu kontrolované oblasti a umožňuje nepřesně určit její hranice. Jeho osa je posunuta vzhledem ke středu optického systému pyrometru. To zavádí chybu paralaxy.

Koaxiální metoda nemá tuto nevýhodu — laserový paprsek se shoduje s optickou osou zařízení a přesně ukazuje střed měřené oblasti, ale neurčuje její hranice.

Indikace rozměrů řízené oblasti je zajištěna v ukazovátku cíle dvojitým laserovým paprskem... Ale při malých vzdálenostech od objektu je povolena chyba z důvodu počátečního zúžení oblasti citlivosti. Tato nevýhoda je velmi výrazná u objektivů s krátkou ohniskovou vzdáleností.

Označení křížového laseru zlepšuje přesnost pyrometrů vybavených čočkami s krátkým ohniskem.

Jediný kruhový laserový paprsek umožňuje určit pozorovací oblast, ale má také paralaxu a nadhodnocuje odečty přístroje na krátké vzdálenosti.

Kruhový přesný laserový značkovač funguje nejspolehlivější a postrádá všechny nevýhody předchozích konstrukcí.

Pyrometry zobrazují informace o teplotě pomocí textově-numerické zobrazovací metody, kterou lze doplnit o další informace.

Tepelně izolační zařízení

Konstrukce těchto zařízení pro měření teploty připomíná pyrometry. Mají hybridní mikroobvod jako přijímací prvek proudu infračerveného záření.

Se svou fotosenzitivní epitaxní vrstvou vnímá infračervený tok skrz silně dopovaný substrát se svou fotosenzitivní epitaxní vrstvou.

Zařízení přijímače termokamery s hybridním mikroobvodem je zobrazeno na fotografii.

Tepelná citlivost termokamer na bázi maticových detektorů umožňuje měřit teplotu s přesností 0,1 stupně. Ale taková zařízení s vysokou přesností se používají v termografech složitých laboratorních stacionárních instalací.

Všechny způsoby práce s termokamerou se provádějí stejně jako s pyrometrem, ale na jeho obrazovce se zobrazuje obrázek elektrického zařízení, již v přepracovaném barevném gamutu, s přihlédnutím ke stavu ohřevu všech částí.

Vedle termosnímku je stupnice pro převod barev na teplotní pravítko.

Když porovnáte výkon pyrometru a termokamery, můžete vidět rozdíl:

• pyrometr určuje průměrnou teplotu v oblasti, kterou pozoruje;

• termokamera umožňuje posoudit zahřívání všech prvků umístěných v oblasti, kterou monitoruje.

Konstrukční vlastnosti bezkontaktních měřičů teploty

Výše popsaná zařízení představují mobilní modely, které umožňují konzistentní měření teploty na mnoha místech provozu elektrických zařízení:

• vstupy silových a měřicích transformátorů a spínačů;

• kontakty odpojovačů pracujících pod zatížením;

• sestavy sběrnicových systémů a částí vysokonapěťových rozváděčů;

• v místech připojení vodičů venkovního elektrického vedení a dalších místech komutace elektrických obvodů.

V některých případech však při provádění technologických operací na elektrických zařízeních nejsou zapotřebí složité konstrukce bezkontaktních měřičů teploty a je docela možné vyrovnat se s jednoduchými modely instalovanými trvale.

Příkladem je metoda měření odporu vinutí rotoru generátoru při práci s budicím obvodem usměrňovače. Protože se v něm indukují velké střídavé složky, je řízení jeho ohřevu prováděno nepřetržitě.

Dálkové měření a zobrazení teploty na budicí cívce se provádí na rotujícím rotoru. Tepelné čidlo je trvale umístěno v nejvýhodnější regulační zóně a vnímá tepelné paprsky směřující k němu. Signál zpracovaný vnitřním obvodem je vyveden na informační zobrazovací zařízení, které může být vybaveno ukazatelem a stupnicí.

Schémata založená na tomto principu jsou poměrně jednoduchá a spolehlivá.

V závislosti na účelu se pyrometry a termokamery dělí na zařízení:

• vysoká teplota, určená k měření velmi horkých předmětů;

• nízká teplota, schopná řídit i chlazení dílů během mrazení.

Konstrukce moderních pyrometrů a termokamer lze vybavit komunikačními systémy a přenosem informací sběrnice RS-232 se vzdálenými počítači.