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智能红外传感器测量高压电气设备控制屏温度

随着新技术革命的到来,世界开始进入信息时代。在利用信息的基础上,首先应该解决的是获取正确、可靠的信息,传感器是在自然和生产领域获取信息的主要方法和手段。在现代工业生产,特别是自动控制生产工序中,通过各种传感器对生产工序中的各参数进行监视控制,使设备处于正常状态或最佳状态,使产品质量最佳化。因此,可以说没有大量的优秀的传感器,现代化生产也失去了基础。 由此可知,传感器技术在促进经济发展、社会进步方面起着重要的作用。世界各国非常重视这个领域的发展。

 温度传感器( transducer/sensor )是检测规定被测量设备的温度,并根据一定规则转换成可输出的信号的设备或装置。它的输入量是温度,输出量只要是某物理量,便于传输、转换、处理、显示等,也可以是气体、光、电气物理量、主要是电气物理量。输入输出有对应关系,需要某种程度的精度。温度传感器的作用是在线检测被测量设备的温度,转换信息数据,收集控制信息。温度传感器一般由感温元件和变换显示元件大部分构成。。 感温元件是直接感觉到被测定,输出与被测定处于规定关系物理量的元件。感温元件的输出是变换元件的输入,变换元件将输入变换为电路参数。

 温度传感器在现场工作的情况很多,很多情况下不能充分预想现场的条件,根据情况有时非常差。 各种外在因素影响温度传感器精度的各性能。为了减小测量误差,保证本来的性能,降低或排除对温度传感器的外在因素的影响。作为通常的方法,有降低对温度传感器的影响因素的灵敏度,或者降低对温度传感器实际作用的外在因素的程度的方法。例如,关于电磁干扰,可以采用屏蔽、隔离,也可以通过滤波器等方法来抑制,也可以在变换为电量后分离或抑制干扰信号来减小其影响。温度传感器作为长期测量和反复使用的元件,其稳定性特别重要,其重要性也胜过精度指标,特别是这些困难或无法定期地标定的情况。为了提高传感器温度器性能稳定性,作为传感器整体进行必要的稳定性处理。 机械性劣化、交流磁稳定处理、电气部件的劣化选别等。

 二、红外温度传感器在高压电气设备控制面板温度监控上的应用

 随着电力系统的大容量化、高电压化、结构复杂化、现代农工业生产的发展和消费电力客户的重要性的提高,对电力系统的安全可靠性指标的要求提高,要求电气设备的高效状态监视。状态监视是一种科学的设备运行管理方式,利用现代的传感器技术和计算机技术对运行中的设备进行周期性或连续的监视测定,不分解金属制的密闭箱,得到其健康水平的评价或诊断,对异常现象或故障采取明确的检查措施。

  在电力系统中,电气设备控制面板的应用广泛,担负着安全保护开关电气设备的双重功能,其内部导电连接部位的接触特性直接影响控制面板的动作可靠性。 电气设备控制面板由多个继电器和强电控制构成,在设备启动和运行过程中,有时会因触点接触不良、端子松动、定值保护不良、绝缘劣化等原因导致设备不稳定。轻者使局部发热,重者使电弧产生,周围部件烧灼,造成设备损坏、停电事故,甚至火灾,导致巨大的经济损失。为了确保电力系统的安全运行,最大限度地提高事故发生率,在本研究中,需要以电气设备控制面板的主要部分的温度无中断地在线监视,实现过热警报,避免重大事故的发生和故障恶化为焦点,开启电气设备控制面板的温度。。

 1.红外线测温技术概要

 1800年,赫胥尔首先发现红外线辐射现象,数代科学家经过200多年的探索、实验和研究,总结了正确的辐射法则,确立了外部辐射温度计的开发成功的理论基础。到1960年为止,由于各种各样的高灵敏度红外检测器、干涉滤波器、数字信号处理技术的发展,红外技术进入了广泛应用的阶段。非接触测温技术也称为辐射测温,最早的非接触是以光学式高温计为代表的高温法。以后,对光学式测微计进行了改良,出现了光学式测微计、红外温度计等。红外线测温技术的原理表现如下。

 现代红外理论是温度比绝对零度(-273.5。 ℃)高的所有高的东西都会辐射能量。随着物体温度的升高,辐射能量也逐渐增大,因此通过测定辐射能量可以测定温度。红外线照射是电磁波光谱的一部分,其他电磁波包括电波、微波、可见光、紫外光、γ射线、x射线,这些形态的能量根据频率和波长进行区别,一般红外线温度测定使用0。. 7~1.  4.4。μm波段的电磁波。 辐射率(ε)是红外温度测定的重要因素之一,意味着某特定温度的物体的辐射能与同温度下的理想辐射体(黑体)的辐射能之比。 黑体的辐射率为1.0。 与辐射率密切相关的是吸收率( a ),是物体吸收能量的总量。反射率( r ) :物体反射红外能量的能力大小透过红外能量或透过物体的能力大小的透过率( t )。 所有辐射都是透过、反射或吸收的,因此a + r + t = 1.0。 红外线检测装置对放射线中的上述3个成分逐个进行区别测定。物体处于平衡状态时,其放射能量必须与吸收的能量相等,即a =ε。 代入上式的话,方程式为ε+ r + t = 1.0。 为了正确测量物体,需要选择适当的红外线检测装置。。 红外检测装置的光谱响应必须能够正确测量物体的不透明波长波段的波长t = 0。 这样,如果物体放射率和反射率已知,则能够计算出全部入射放射而得到温度值。

 红外线温度测定系统的另一个应该考虑的因素是大气吸收。如上所述,在被测定光谱区域中,必须使被测定物不透明,以使透过率为0,可以从公式中消除。这个原理也适用于大气,在某些领域,大气是不透明的(主要由h2o和co 2决定)。如果不考虑大气吸收,检测装置接近物体时的读取值大致正确,离开物体时的读取值是物体温度和大气温度的平均值,因此会降低几度。湿度的变化、水蒸气或一部分气体的产生可能会影响读取值。但是,在大气吸收带有几个透过「窗」,物体的红外线能量可以通过。

2. 红外线测温技术的优点

 非接触红外线测温技术具有以下优点。

 (1)无需与被测定介质接触,不会扰乱被测定物的温度场,不会影响温度场分布,具有高测定精度。

 (2)在测定中,电光装置不需要与被测定介质取得热平衡,因此测定速度快,能够检测出温度的急剧变化,能够测定移动体的温度。

 (3)测温范围广,采用红外光接收元件,理论上没有测定上限,可进行相当高的温度测定,下限为- 170℃;

 (4)测定距离有近距离,近距离可达数厘米,更小的可达百公里。

 (5)能够测定小面积的目标温度。

 (6)测定对象最适合黑体,但也可以测定普通物体。从这些优点出发,红外测温技术具有无法替代的优势,在电力、交通等行业得到广泛应用,成为高压电气设备控制面板温度监视的重要手段。

3. 以往的红外线传感器设计

  以往的红外线温度传感器如图1所示,由透镜、检测器、放大器、信号处理电路4个主要部分构成。光学透镜聚集红外能量,会聚到检测器上,放大检测器的信号,用设备电路线性化。

 

 图1以往的红外线温度传感器的构成

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 (1)透镜

 光学镜头可能是红外线温度系统的最重要部分。 通过优秀的光学设计,可以将测量对象物以外的辐射源的影响控制在最小限度。大多数红外透镜都受到红外视野的限制。视野是指将测量出的所有温度平均化的电路视野,可以用角度和距离/尺寸比( d·s )两者来记述。d·s是60·1 = 1°的视野。 如果d·s为30·1,距物体的距离除以物体直径的值为30,则物体正好处于装置的视野中。。。 在大多数红外线温度设备中,在物体不满足拍摄视场的情况下,由于其温度成为物体温度和背景温度的平均值,因此满足拍摄视场是非常重要的。

  (2)探针

 红外线温度传感器检测器是将红外线能量转换为可测定的电压、电流、电阻的检测器,典型的检测器上附加有光谱滤波器,将能量限制在狭窄的频带。 辐射温度计使用了光子型、热电型、热能型3种基本的检测器。

  光子检测器根据入射的放射线发出电力。。  热电型检测器根据入射放射线的变化改变检测器自身表面的电荷。包含热电偶和辐射热量测量器(黑端热敏电阻)的热能检测器具有与入射红外线直接成比例的输出电压,但该比例为非线性。

 (3)传感器放大器和电路

 一般来说,红外线温度传感器为了测定红外线检测器输出信号,需要固定的电路。 放大器电路需要识别与物体温度的1℃变化相当的1μv和来自低探针的输出信号并进行放大。 一旦输出想要处理稳定的信号后,由多个模拟数字电路对放大器的输出信号进行线性化。 许多红外线温度计配备了a/d转换系统,微处理器可以通过软件实现数据的线性化。。。 然后,通过再次进行d/a转换,得到1个电流为4~20ma、电压与热电偶曲线一致(0~5v )的输出信号,或者直接输出1个数字信号。

4. 红外线温度传感器在高压电气设备控制面板温度监控上的应用

 电气设备故障的红外诊断是电气设备故障诊断工程中红外技术的重要应用。利用红外线检测技术,不仅能够以非接触、实时、高速的在线监视方式取得设备的运转状态信息,而且具有高分辨率、图像的直观性和利益/投资率等一系列优点,在高压电气设备控制面板温度检测中的应用如下。

 高压电气设备的控制盘内有很多机械接点,如果它们发生松动、污染、腐蚀时通电,会产生不平衡负荷、过热,有可能导致安全事故。一般触点的温度差(或触点与环境温度差)超过10℃时,会显示接触不良、线路损失或负载的不平衡,如果存在30℃以上的温度差,请立即检查触点与线路,处理时不要再发生更大损失。使用红外线温度传感器收集高压电气设备盘的关键点温度信号,不需要接触被测定物,不会扰乱被测定物的温度场,不会影响温度场的分布,具有高测定精度。测量中,传感器不需要与被测量触点取得热平衡,因此测量速度快,能够感知温度的急剧变化过程。

5. 新智能传感器的进化

  最新型的红外线温度传感器将微处理器和相关电路系统组合起来,作为发送机和接收机发挥功能,使高压电装控制面板的传感器和控制室内的计算机之间的双向串行通信成为可能。智能红外温度传感器可同时提供模拟输出和数字通信,作为控制回路的一部分,还可进行长期统计分析和质量监控。通过双向通信,工程师可以远程访问、成形、改进和维护设备。设置传感器后,值班人员可以远程操作温度单位、波特率设定、ma输出、警报等传感器参数。运行中,很容易根据运行中的变化调整传感器的参数。

 智能传感器最强大的功能之一是能够将一定时间内的工艺数据直接存储在硬盘上,但是与热电偶和以往的红外线设备中使用的坐标记录仪相比取得了很大进步。可以在数据库中快速输入数据以存储数据。此外,使用在线记录进行质量管理可以更容易地进行流程分析。

 现在的智能传感器配备了软件开发工具,因此更加灵活性和寿命提高了。软件功能包括直方图和标准偏差数据等数据记录、描绘、统计分析、传感器现场校准、传感器固有OS的新参数下载等。软件升级也可以下载到传感器特有的操作系统,进一步延长设备寿命,扩展功能。软件包还支持对流程进行故障排除。传感器自我诊断电源电压的异常和电压继电器的差异。用户可以将设计限制负荷连接到人机接口软件以形成集成过程监视系统。。 通过公开的传感器访问步骤,可以在不影响现有的程序中简单地组装传感器。

 最新的红外线温度传感器也采用了动态信号处理( DSP )技术,进行红外线/数字转换可以得到计算温度的高速数字输出。智能红外线温度传感器可以保存、恢复和分析持续的温度数据,有助于制作监控报告。

 



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