Бесконтактный метод: пирометры для измерения температуры

Пирометр – это прибор для контроля нагрева объектов бесконтактным (удалённым) способом. Пирометры для измерения температуры бесконтактным методом начали выпускать ещё в шестидесятых годах прошлого века.

Принцип работы электроприбора основан на движении электрического тока, который попутно производит нагрев проводников и аппаратов. Если эксплуатационный режим в норме, то устанавливается температурный баланс между поступлением тепла от проводников и отводом его во внешнюю среду.

Оглавление:

При ослаблении контактов проводов сопротивление сети электрического тока увеличивается, это влечёт за собой повышение температуры, что зачастую приводит к возникновению неисправности. Именно поэтому производится постоянный контроль температуры токоведущих элементов в электротехническом оборудовании высоковольтных подстанций и других объектов энергетики.

Традиционные методы контроля температуры здесь неприменимы, поэтому применяется дистанционное измерение температуры, без установки контактных приборов.

Принципы бесконтактного измерения температуры

В любом физическом объекте осуществляется перемещение частиц атомов и сопровождается образованием электромагнитных волн. Температура напрямую оказывает действие на интенсивность протекания процессов, по состоянию интенсивности можно определить количество выделяемого тепла. Это и есть основа бесконтактных измерений температуры.

Тепловой объект с температурой «Х» отдаёт тепловой поток (инфракрасное излучение) в окружающую среду в количестве «В», который будет принят удалённым датчиком тепла. Внутренняя схема датчика преобразовывает полученную информацию в требуемую (температуру) и отображает на экране прибора. Приборы дистанционного замера температуры посредством инфракрасного излучения – это пирометры. Для точного отображения результатов замеров необходимо чётко установить пределы шкалы электромагнитных волн. Ориентировочно – нижний предел 0,5 и верхний 20 мкм. Пирометр бесконтактный — инфракрасный термометр.

Влияние внешних причин на точность измерений

Точность показаний пирометров зависит от нескольких причин:

• поверхность наблюдаемого участка оборудования должна находиться в прямой видимости;
• запылённость, водяные пары и туман на пути между источником излучения и принимающим датчиком делают сигнал более слабым, как и загрязнения на приёмном устройстве;
• сам наблюдаемый участок своей структурой и состоянием воздействует определённым образом на плотность инфракрасного излучения и, как следствие, на отображение температуры.

Влияние последней причины поясняет график зависимости поправочного коэффициента от длины волны. График отражает показатели источников излучения чёрного и цветного оттенков. Основой для сравнивания инфракрасного излучения служит чёрный цвет, он принят за единицу. Коэффициенты всех остальных могут быть только меньше единицы.

Влияние на точность термометра оказывают также:

• длина волны инфракрасного излучения, на которой производится измерение;
• температура наблюдаемого участка.

Устройство бесконтактных измерителей – пирометров

Бесконтактные измерители температуры по методу работы с информацией могут быть двух типов: пирометры и тепловизоры. Конструкция последних сходная с устройством пирометров. Но назначение приборов и их возможности различны:

• пирометром измеряют среднюю температуру наблюдаемого участка;
• тепловизор даёт возможность определить нагрев каждой части наблюдаемого участка.

В состав пирометра-термометра входят:

• датчик приёма инфракрасного луча с системой оптики и зеркальным световодом;
• преобразующая поступивший луч электронная плата;
• экран, на который выводится показатель температуры;
• кнопка управления.

Тепловое излучение собирается в фокус системой оптики и посредством зеркального световода подаётся на датчик первого преобразователя теплового луча в электросигнал с напряжением, прямо пропорциональным излучению. Второе преобразование электросигнала осуществляется в электронной плате, после чего информация выводится измерительно-счётным блоком на экран в виде цифр. Казалось бы, всё просто и для дистанционного замера температуры надо:

• кнопкой управления включить пирометр-термометр;
• навести аппарат на точку замера и считать цифры с экрана.

Но нет, чтобы получить точный результат, надо ещё и обратить внимание на условия видимости точки замера и прозрачности воздуха, а также правильно установить место стоянки при измерении – оно определяется оптическими параметрами аппарата. Мало правильно навести пирометр на участок замера, необходимо ещё и выбрать расстояние для установления площади измеряемого участка. Тогда оптика будет работать с тепловым излучением только от нужного участка, без помех от излучений близлежащих устройств.

Лазерные указатели цели

Более современные модификации пирометров комплектуются лазерными указателями цели, помогающими правильно навести датчик на точку замера и определить площадь измеряемого участка. У них различные принципы действия и точность наведения тоже различная:

• одиночный лазерный луч – ориентировочно показывает центр участка замера и границы его устанавливает неточно, его ось не совпадает с центром оптики пирометра, поэтому имеет место погрешность параллакса;
• способ коаксиальный не имеет такого недостатка – луч лазера и оптическая ось полностью совпадают и луч показывает прямо в центр участка, но не может определить его границ;
• с двойным лучом лазера – этот указатель цели в состоянии показать размеры участка замера, но при небольших расстояниях может возникать неточность. Это особенно часто происходит на короткофокусных объективах;
• с кросс-лазером указатели цели предназначены для улучшения работы пирометров с короткофокусными объективами;
• одиночный круговой лазерный луч – с его помощью можно оконтурить участок замера, но, как и просто одиночный лазерный луч, он подвержен параллаксу и искажает показания аппарата на небольших расстояниях в сторону увеличения;
• круговой точный лазерный указатель цели – самый надёжный из перечисленных выше и не имеет недостатков других конструкций.

Информация о температурных параметрах точек дистанционного наблюдения на пирометрах-термометрах выводится на экран в текстовом и цифровом виде.

Особенности конструкций пирометров

Мобильные (переносные) пирометры-термометры позволяют производить удалённо измерения во многих местах электрооборудования:

• на вводах и контактах трансформаторов, выключателей и разъединителей, работающих под напряжением;
• в высоковольтных подстанциях и распределительных щитах, сборках систем шин;
• на соединениях проводов воздушных ЛЭП и других силовых установок и цепей.

Но в некоторых случаях на электрооборудовании можно контролировать нагрев без использования дорогостоящих пирометров, а установить стационарно измерители более простой конструкции. Например, измерение нагрева обмотки возбуждения на вращающемся роторе генератора – датчик температуры — термометр устанавливают в ближней зоне контроля, где он и принимает тепловое излучение. Сигнал, преобразованный внутренней платой, поступает на прибор отображения показателей в виде стрелки и шкалы значений. Такие схемы просты и надёжны.

По назначению пирометры и тепловизоры делятся на две категории:

• высокотемпературные измерители – для контроля сильно нагретых элементов электрооборудования;
• низкотемпературные измерители – они могут измерять температуру элементов даже работающего на морозе электрооборудования.

Современные пирометры последних моделей оборудованы системами связи и подключаются для передачи информации к расположенным в офисе компьютерам.