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红外测温仪在电气设备故障诊断中的应用

基于热成像原理开发的红外线热成像非接触式测温仪的领域应用更加广泛。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分构成。光学系统会聚其视野内的目标红外线放射能量,视野的大小由温度计的光学部件及其位置决定。红外线能量会聚在光检测器上,转换成对应电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,根据机器内疗算法和目标放射率进行修正,变换为被测定目标的温度值。 

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 一、红外测温仪的各应用参数

 红外测温仪的分类从温度范围、光点尺寸、动作波长、测量精度、响应时间等性能指标方面可分为3个方面。环境温度、窗口、显示和输出、附件的保护等环境及工作条件、易用性、维护性、校准性能、价格等其他选项也会影响温度测量仪的选择。随着技术和发展,红外线温度计的最佳设计和新进展为用户提供了各种功能和多用途的机器,扩大了选择的余地。 

   要确定测温范围: 

   测温范围是温度计最重要的性能指标。各型号的测温仪有各自的测温范围。因此,请务必考虑用户的被测量温度范围是否正确、周全。根据黑体辐射法则,在光谱的短波长波段中,温度引起的辐射能量的变化超过辐射率误差引起的辐射能量的变化,因此最好在测温时尽量选择短波长。

   要确定目标大小: 

   红外测温器根据原理分为单色测温器和双色测温器(辐射比色测温器)。在单色温度计中,测温时被测量对象面积必须充满温度计视野。推荐被测量物的尺寸超过视野尺寸的50 %。对象尺寸比视野小时,背景辐射能量进入温度计的视域,与测温器发生干涉,产生误差。相反,对象大于测温仪的视野时,测温仪不受测定领域外的背景影响。 

   要确定光学分辨率(距离和灵敏度)

   光学分辨率由d与s之比决定,是从测温仪到目标的距离d与测定光点直径s之比。由于环境条件的制约,需要将测温仪从目标物上分离设置,测量小目标物时,请选择高光学分辨率的测温器。光学分辨率越高,d:s比越大,温度计的成本也越高。。 

   要确定波长范围: 

   目标材料的放射率和表面特性决定温度计的光谱响应或波长。在高反射率合金材料中,存在低放射率或变化。在高温区域,测量金属材料的最佳波长为近红外,选择0.18-1.0μm波长。 其他温度调节区域可以选择1.6μm、2.2μm和3.9μm的波长。

    要确定响应时间: 

   响应时间表示红外线温度计相对于被测定温度变化的反应速度,定义为与受光元件、信号处理电路及显示系统的时间常数有关,达到最终测定值的95 %能量所需的时间。新的红外线传感器响应时间1ms。 这比接触式测温方法要快得多。目标移动速度快或测量快速加热的目标时,选择高速响应红外温度计,无法获得充分的信号响应时,测量精度降低。但是,并非所有应用程序都需要高速响应的红外线温度计。静止或目标热历史有热惯性的情况下,温度计的响应时间缓和。因此,红外线传感器的响应时间的选择适合于被测量物的情况。

  二、红外测温仪的特征和优点

 红外测温仪作为检测诊断电子设备故障的有效工具得到了验证。能够大幅度降低电力成本。使用红外线温度计,可以持续诊断电连接问题,找到DC电池输出滤波器连接部的热点,检测不间断电源( ups )的功能状态。可以检测电池组件和电力配电盘的连接端子,开关齿轮或保险丝的连接,防止能源消耗。由于与松动连接器组合时会产生热量,因此红外线温度计有助于识别电路断路器的绝缘不良。或监视电子压缩机,通过日常扫描变压器的热点检测开裂的绕组和接线端子。 

使用红外线传感器的优点 

   1、方便。 红外测温仪可以迅速进行温度测量,因此在用热量读取1个渗漏连接点的期间,可以用红外线检测器读取几乎所有连接点的温度。另外,红外测温仪是坚实的、轻量的,使用时容易收容在套具内。 工厂巡回和日常检查可携带。 

   2、精确。 红外温度计通常为1度以内的精度。这样的性能在进行预防性维护时特别重要,例如监视生产效率差的状况、监视导致设备损坏和停机的特殊事件等。使用红外测温仪,可以快速检测出动作温度的微小变化,如果出现萌芽就可以解决问题,减少设备故障造成的费用和维修范围。

   3、安全。 红外测温仪能够安全地读取难以接近或无法达到的目标温度,能够在设备的容许范围内读取目标温度。非接触温度测量,即使在不安全的领域或接触测量温度困难的领域,也可以与手边测量同样容易地进行正确测量。

 三、红外测温仪的电气设备故障诊断时的应用 

   红外线诊断技术可靠地预测电气设备的早期故障缺陷和绝缘性能,使以往的电气设备的预防试验修理标准提高到预测状态,这也是现代电力企业的发展方向。特别是现在的大机组、超高电压的发展,与电力系统的可靠运行有关,与网格的稳定有关,提出了越来越高的要求。随着现代科学技术的发展和成熟和日常完善,利用红外线状态监视和诊断技术,具有远距离、非接触、非取样、非拆解、准确、快速、直观等特点,几乎所有电气设备都能实时监视和诊断大部分故障。国内外电力行业的70年代后期普遍应用的先进状态检查体制,正在迅速发展。

     红外检测技术的应用,在提高电气设备的可靠性和有效性,提高运行成本,降低维护成本方面具有重要意义。是目前在预知保护领域普遍普及的好手段,可以使修理水平和设备的健康水平提高一步。采用红外线图像测量技术,以非接触方式测量运行中的设备,拍摄其温度场的分布,测量任意部位的温度值,诊断各种外部和内部的故障,具有实时、远程测量、直观、定量的测温等优点,用于检测发电站、变电站、输电线。。 通过热成像检测在线电气设备的方法是红外线温度记录法。红外线温度记录法是工业上进行非破坏性检查、检查设备性能、掌握运转状态的新技术。热电偶、熔点不同的蜡片等以往的测温方式放置在被测量物的表面和体内,与此相比,热敏相机在一定距离内实时定量地在线检测发热点的温度,并进行扫描,也能描绘运转中的温度梯度的热映射图。- 20℃~ 2000℃宽范围内0. 在05℃的高分辨率下检测电气设备的热量引起的故障,揭示导线连接器和夹子的发热及电气设备中的局部热点等。 充电装置的红外线诊断技术是新领域。利用带电装置的热效应,通过专用装置取得装置表面的红外线放射信息,判定装置的状态和缺陷性质的综合技术。

    电气设备的故障红外诊断的核心问题,要求能够正确得到与被测量设备的温度分布和故障相关的部位的温度值和温度上升值。该温度信息不仅是判断设备有无故障的依据,也是判断故障属性、位置、重大度的客观依据。因此,与被测量仪器的故障相关部位的温度计算和适当的修正是提高检测仪器表面温度的准确性的重要关键。但是,在现场进行机器的红外检测时,由于检测条件和环境的影响,同一机器可能会因检测条件而得到不同的结果。 因此,为了提高红外检测的准确性,在现场检测中和检测结果的分析处理中,需要采取相应的对策和措施、选择良好的检测条件、或者合理地修正检测现场结果。 


 三、红外测温器在电气故障检测方面的具体应用

   红外线温度计可以从安全距离测量一个物体的表面温度,作为电气设备的维护不可缺少的工具。红外线热成像技术,为了预防设备故障和意外停电事故,用于以下用途。

    1、电气连接器。 电连接部逐渐放松连接器,反复加热(膨胀)和冷却(收缩),产生热,表面污垢,碳堆积,腐蚀。 非接触式温度计能够迅速识别出显示重大问题的温度上升。 

    2、电机方面。 为了保持电机的寿命,供给电缆和电路断路器(或保险丝)的温度是否一致。 

    3、电机轴承检出。 确认发热点,在发生问题时,在发生设备故障之前定期进行修理或更换。

    4、电机线圈绝缘层。 测量电机线圈绝缘层的温度,延长寿命。 

    5、电气设备各相间的测量。 确认诱导电动机、大型计算机以及其他设备的电线和连接器的各相间的温度相同。 

    6、变压器。 空冷器部件的绕组可以直接用红外线温度计测量,调查过温度,热点表示变压器绕组的损伤。

    7、确定ups输出滤波器上的电缆热点。 低温点表示DC过滤器行可能处于打开状态。 

    8、确认低电压电池,以确保连接正确。与电池连接器的接触不良可能会加热到足以烧毁电池芯的温度。 

    9、稳定器开始冒烟之前检测出它的过热。 

   10、实用设施。 确定接头、电线连接、变压器和其他设备的热点。在某些型号中,光学设备的范围为60:1以上,大部分的测量对象物都在测量范围内。

    都睿感控科技公司设计开发的传感器,包括霍尔传感器等各类型,满足客户的需求。


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