红外测温仪器论文（共7篇）
红外测温仪器论文 篇1
1 电力系统红外诊断发展状况
国内60年代末电力系统在科研单位协助、配合下研制成功分体式远程红外温度计, 开始了输电线路缺陷的诊断, 在1975年跨越长江线路发生断线坠江事故中查清了2号导线事故原因, 而且通过检测发现了1号导线隐患, 避免了重演类似事故。之后产品经改进完善得到推广应用。80年代后期, 一些电力中试所引进国外红外热像仪开展外部缺陷红外诊断, 并对高压输电线路导线连接件及劣化线路绝缘子进行直升飞机红外航测试验和研究, 取得了不少成功的经验。90年代许多电力单位开始购置仪器开展红外检测, 有些电力试验研究单位对各类高压电气设备内部故障开始了研究。
国外早在1949年就有人首次提出和利用红外技术探测输电线路过热接头的设想。随着探测元件和仪器进步, 1965年红外测温仪在工业设备、输热管道、电机、变压器和电缆接头检测是得到应用。同时一些技术发达国家的电力公司应用热像仪装置在直升飞机上开展了高压输电线路的巡线航测。
当前, 电力工业正处在大电网、大机组、大电厂、超高压、现代化方向的发展时期, 新技术不断引进, 设备正在更新换代, 管理体制和管理方式正在不断改革和完善, 技术和电网运行水平的要求正在不断提高。因此设备维修不能再采用经历多年的“事后维修”、“定期预防维修”方式、按照国外经验, 方向是“状态维修和预知维修”。这种方式要求管理方面采用“设备综合工程学”的观点、经济方面以“寿命周期费用最佳化”为目标, 技术方面大力采用设备监测和诊断技术、其他修理技术, 其中设备故障诊断技术更为引起人们重视。设备故障诊断常称为设备技术诊断简称技术诊断。技术诊断的特点是“依据设备运行中发生的各种信息来识别, 或者通过对结构、零部件的激励产生的信息来诊断其损伤”。因此, 理论基础广泛, 涉及自然科学各个学科, 最多的是高等数学和现代数学各个分支;计算机技术;物理学中热学、光学和声学;化学等。
2 红外技术的技术诊断方式
技术诊断通常采用两类装置:
2.1 在线监测系统
在线监测系统又可分为长期性、周期性和随时性监测系统。按照不同的要求研制, 通常包括信号采集、数据处理、故障诊断和超载报警等部分。
2.2 便携式简易诊断装置
如超声波探伤器、测振仪、转速表、轴承分析仪、红外温度计、热像仪, 主要用于巡回点检。当前这种装置发展中出现数据采集系统, 用微机辅助采集记录、分析、存贮和查询采集的数据, 还可作简单趋势分析。
当前装置诊断部分的发展方向是建立智能诊断系统, 已有“基于知识的专家系统”和“其于神经网络的智能诊断系统”被采用。
红外测温技术作为设备故障诊断中的一门新技术和新方法, 与其它技术 (超声技术、振动测量、色谱分析等) 的协调发展将推动设备维修制度的改革。
3 红外诊断技术在电力系统中的应用。
我们常将由发电厂的发电机、关电线路、变电所设备、配电网络和电力用户的用电设备连接而成的整体称为电力系统。从整个系统分析, 红外诊断技术已在下述范围得到应用。
3.1 电厂动力及热能设备的红外诊断
火电厂热力设备及管道保温状况的好坏, 直接影响散热损失大小和表面温度的高低, 影响设备能耗水平及其安全性。对保温层开展红外检测评价保温效果, 采取措施改善绝热状况可以达到节能、降耗的目的。
红外诊断在火电厂还可以进行锅炉火焰监测和燃烧状态的判别与控制;对汽轮机、燃气轮机和锅炉等热力设备在高温、高压下的蠕变与疲劳损伤 (甚至断裂) 的监测;储煤自燃隐患的诊断;阀门泄漏、设备零件缺陷的红外无损检验;转动机械轴系过热故障的诊断等。
电力系统电气设备中, 导流回路连接故障;电气设备绝缘故障;磁回路漏磁或绝缘局部短路引起局部环流或涡流发热;绝缘瓷瓶故障等等会导致设备运行中温度或温度分布异常, 可采用红外测温方式进行诊断, 由于检测必须在设备带电状态下才能有效, 因此常称为“带电设备红外诊断”。
4 红外 (点) 测温仪的选择原则
红外 (点) 测温仪使用简单, 携带方便, 是故障维修的得力工具。
选择红外 (点) 测温仪要遵循以下原则
4.1 设备的灵敏度要高
一旦被测物体的温度有所变化, 其辐射的能量就会改变, 就会找到这个变化点, 容易测出。
4.2 仪器的温度测量范围要广
有些元器件对温度反应不同, 范围广就可以减少工作量, 增加工作效率, 减少损失。
4.3 方便测量
通过红外测温来测量的目标通常都不需要与之直接接触, 这就要求红外测温仪可以远距离测量远距离, 有些高速运动体、旋转体、带电体、高温高压物体、低热容量物体 (薄膜、低能、电子零件) 、热接触困难物体 (硅瓦、路面、粗糙表面物体) 、热平衡缓慢物体 (橡胶、塑料、绝缘子) 温度的测量不能与其接触这就要求红外测温仪可以非接触测量。
4.4 测得的结果准确度高
红外测温被测物接触, 这就要求仪器的准确度要高。
4.5 仪器的响应速度快
基于红外测温的原理, 测温仪不用于物体接触只要接收到目标的红外辐射即可定温, 响应时间短, 这就要求响应速度要快。
红外测温在窑尾的应用 篇2
传统的热电偶测温需要将其传感器部分插入炉壁与其内部物料接触, 高温的物料对热电偶传感器的腐蚀、冲刷, 极易导致传感器部分损坏, 而且结皮之后, 传感器被结皮包裹无法准确获得物料的温度。而且还存在损耗大、维护量大等问题, 在清堵的过程中也容易导致热电偶损坏。如果使用性能更好的耐磨、耐高温热电偶, 可延长使用时间, 但是其单体成本会更高。
经过比较, 公司决定采用新型的红外测温装置, 依靠红外辐射能量传感器进行测温。传感器与物料无需接触, 不存在高温腐蚀和磨损的问题, 其测温装置自带的自动清结皮装置 (需压缩空气) 可以定期清理炉内壁的结皮, 稳定性较高, 能很好地解决水泥行业这一测温技术难题。图1为热电偶对比红外测温8h中控截图, 表1对使用成本作了一个对比。
热电偶往往是在拔出清理结皮过程中损坏的, 使用一般的耐磨热电偶最不经济, 而且综合维护量大。图2为现场安装照片。
红外测温的应用及实例分析 篇3
电气设备在运行中，许多高压电气设备的内部导流回路因连接不良，接触电阻增大，该部位就会有更多的电阻损耗和更高的温升从而造成设备局部出现过热。因为上述原因造成的设备出现局部过热的例子非常多，例如如下这些例子：
1)由于变压器套管内部引线由于某种原因造成接触不良;
2)高压断路器也是经常出现接触不良的一类设备例如其内部动静触头、静触头由于安装或者使用的不当很容易造成与基座之间的接触不良;
3)电流互感器是电气设备中常用到的一种电气设备其内部一次绕组端部接头、以及大螺杆接头和串并联接头也是最容易出现连接不良现象的;
4)电力电缆由于要流过很大的电流其接头处焊接不良就很容易造成温度急剧升高。此类故障通常在设备表面相关部位形成有一定特征性的热场分布或者是红外热像。因此，可以通过红外测试，判断出设备内部导流回路有没有回流故障并且如果判断出有这类故障的话故障的具体位置也就很容易判断出来了。如此就非常准确的为设备检修提供了可靠的依据。
1 红外测温的方法及判断原则
红外测温诊断技术主要有5种方法，包括：
1)表面温度判断法;
2)相对温差判断法;
3)同类比较法;
4)热谱图分析法;
5)档案分析法。
下文详细分析这五种方法。
1.1 表面温度判断法
在这五种方法中生产试验人员最普遍采用的一种方法是表面温度判断法。这种方法的原理其实很简单，运用起来也是很方便的，主要就是使用测温设备对需要测试的设备表面温度值进行测量记录，然后把测的的温度值与相关规定进行对照，只要是测量的温度(或温升)超过规定所列的标准的，就可根据设备温度超标的程度、设备的重要程度以及设备所承受的机械应力的大小这三方面的数值来确定设备缺陷的性质。
但是，实际情况并非如此，我们大部分的生产人员并没有严格按照上述步骤进行操作，而是简单的根据设备有没有发热以及发热的程度高低来判断设备是否处于缺陷以及缺陷的程度如何。这样的判断方法是非常不严肃并且也是极其不可靠的，主观意志太强没有科学可靠的测量数据进行比对，是非常容易出现误判的。
1.2 相对温差法
这种测温诊断技术方法其实道理非常简单，就是根据测量的相对温差来判定的方法。相对温差的概念是指两个对应测温点间的温差跟其中一个相对比较热的测温点的温度升高之比的百分数。
温升的概念是指用相同的检测仪器分别去测量被测物表面温度然后记录测量数据，再用同一检测仪器去检测环境温度参照体表面温度也记录下测量数据，这两场测量出来的数据之差就代表温升。
环境温度参照体：是指一类物体，这类物体是用来采集环境温度的，所用把这类物体叫做环境温度参照体。环境温度参照体不一定就具有当时的真实环境温度，但是这类参照体具有与被测物相似的物理属性，而且这类参照体还跟被测物同时处在一个相似的环境内。例如：某电力设备中的油浸式电流互感器，如果采用温度探测器测得油浸式电流互感器的顶部金属连片有发热的情况，那么就要根据上述环境温度参照体的概念以及解释来选取环境温度参照体，所以环境温度参照体也就只能选取类似金属连片或材料相同的金属部件了，瓷群或其他材质的金属显然就不能选择当做环境温度参照体了。
1.3 同类比较法
同类比较法指的是在相同厂家生产的相同型号的设备之间进行对比。同类比较法还可以分为两种类型设备比较，一种是电流致热型设备比较，另一种是电压致热型设备比较。
1.4 热谱图分析法
热谱图分析法主要应用的是同类设备不同状态下热图谱的差异来对设备是否异常来进行判断的。
1.5 档案分析法
档案分析法主要是一种动态曲线分析，利用同一设备在不同时期的检测数据来制作出变化曲线图，通过曲线图就可以轻易的找出设备致热参数的变化趋势和变化速率以此来判断设备是否正常。
2 红外测温在现场应用中应注意的问题
在红外测温现场，必须要保证测量数据的准确性，这就要求测温设备必须在合适的环境下工作。所以必须要注意如下一些注意事项来达到准确测温的目的：
1)环境参照温度是要根据检测对象的变换而变换的，不同的检测对象就要对应不同的环境参照温度，不能一个环境参照温度对应很多的检测对象;
2)在对设备进行红外测温的时候必须要要保证同一台仪器相继的测量设备的发热点、正常的对应点及环境温度参照体的温度值;
3)正确选择被测物体的发射率;
4)在进行同类比较时的时候一定要特别注意保持仪器与各对应测点的距离一致，方位一致;
5)正确键入大气温度、相对湿度、测量距离等补偿参数，并选择适当的测温范围;
6)在测量温度值的时候要力争做到科学准确的测量方法，应从不同方位对设备进行检测，最终求出最热点的温度值;
7)要正确记录下异常设备的准确测量数值，如异常设备的实际负荷电流以及异常设备的具体发热部位、正常部位，还要准确记录下异常设备的环境温度参照体的温度值等测量数据。
3 红外测温实例分析一
2010年1月8日，我工区巡视人员在对新利110kV变电站进行红外测温巡视时，发现301断路器C相内部温度分布异常，其中间法兰处有明显发热现象。1月11日，再次对其进行跟踪监测，发现发热情况加剧，根据红外图谱通过热谱图分析法判断出发热原因为断路器内部动静触头、静触头及基座间接触不良引起的。红外图谱如图1:
2010年11月13日，更换下来的301断路器返厂检修，进行解体查明发热原因，从现场解体情况看，发热情况非常严重，断路器中间导电部位与开关静触头压气缸导电接触面严重发热，导电滑环已熔断并与开关静触头压气缸导电接触面熔接在一起，造成开关无法正常分断。经过强行敲击，才迫使开关中间导电部位与开关静触头压气缸导电接触面脱离。解体后照片如下：
通过解体后分析出发热原因：
1)该台断路器经过多次开断电流后引起导电滑环触指表面氧化，接触电阻增大，发热，引起温度过高后导致与气缸、动触座熔接在一起从而无法分闸;
2)元件在装配过程中，对导电部分没有处理干净，导电部位夹杂有绝缘物，引起导电能力下降，产生发热现象;
3)导电滑环质量差或装配过程中工艺差，开关在分合过程中导电滑环出线断裂，引起导电能力下降，产生发热现象。
4 红外测温实例分析二
2012年4月25日，我工区巡视人员在对某110kV变电站进行红外测温巡视时，发现323-3隔离开关开关侧接线板明显发热。如图3:
巡视人员通过多个角度反复进行测试，初步分析是由于接线板螺栓松动，在风沙天气下接线板内部贮存了污垢，导致接线板导电能力下降，且该线路属于用户专线，负荷较大，从而导致发热。
巡视人员通知运行值班人员后，经单位领导批准，对该间隔设备进行停电处理。停电后，检修人员爬上隔离开关检查后后明显看到接线板内部贮存了大量的脏污，且螺栓松动明显，接线板表面由于高温导致氧化。随即将螺栓全部松动后清理了接线板内部脏污后并重新接好引线。
由于我单位地处高耗能、高污染地区，输变电设备都长期处在风沙天气的环境下，且向用户输送大量的电能，负荷电流也较大，经常出现设备因脏污、风沙导致接线螺栓松动降低设备导电能力，增大电阻，进而导致设备严重发热的现象。
5 结论
本文通过对红外测温在应用过程中的一些方法和注意事项，并以一台发热的断路器和隔离开关接线板发热现象为例，详细阐述了红外测温技术的重要性和有效性，并得到以下结论：
1)红外检测可以监测到设备在运行状态下的真实信息，在保障安全的情况下，可以做到省时、省力、降低设备维修费用，大大提高设备运行可靠性。
2)可以实现大面积快速成像扫描，状态显示快捷、灵敏、形象、直观，监测效率高，劳动强度低。
3)红外检测与故障诊断有利于实现电力设备的状态检修管理。
摘要：当前在电力系统中广泛应用的红外测温诊断技术是电气设备在线监测技术中的一种。本文主要讲解了红外测温诊断技术的几种方法和一些注意事项,以及对一起测温实例的分析,提出如何对红外测温诊断的缺陷作出正确的判定和红外测温对电气设备带电检测的重要性及有效性,从而对电气设备的状态检修工作提供可靠依据。
关键词：电气设备,红外线测温,断路器,发热
参考文献
[1]陈衡,侯善敬.电力设备故障红外诊断.中国电力出版社.
[2]中华人民共和国电力行业标准:带电设备红外诊断技术应用导则.
红外测温仪器论文 篇4
变电站实现无人值班后, 随着人均管辖变电站的数目不断增加, 对变电站的巡视周期也相应的变长, 因此在红外测温普测的基础上重点进行局部精准测温, 是及时发现设备缺陷的有效手段。 因此我总结了工作中发生的一些案例, 和大家一起探讨红外精准测温技术在变电设备缺陷中的诊断和应用。
2利用红外测温技术发现充油设备缺陷的探索
长期以来, 红外测温技术在变电站的应用中, 主要还是集中在发现电流型制热这种绝对温度值较高的设备缺陷。 通过以下两个案例的分析, 笔者希望提一种分析思路, 通过温度的对比结合可观测的异常现象, 较为准确的判断设备缺陷。
案例一:某变电站在巡视中发现110k V电流互感器C相存在渗漏油情况, 其油位观察窗显示不明显, 无法判断油位。 当对该组电流互感器进行测温时发现A相储油柜温度为27℃、B相储油柜温度为26℃、C相储油柜温度为23℃, C相储油柜温度偏低, 从红外成像图上可以观察到C相油位分界面明显, 初步判断实际油位在一次绕组改串并联接线板以下位置, 缺油较为严重, 随即对该组电流互感器进行停电检修, 补油时观察C相实际油位与判断基本一致。 当互感器出现渗漏油情况, 且无法观测到油位时, 可以通过红外测温手段进行辅助判断。 进行判断时应注意:1选择好观测角度, 确保能够全面的反映设备的真实状况。 2此类缺陷相间温差一般较小, 测温时将温度范围设置小一些便于观察。
案例二:某变电站主变大修后, 在对主变巡视测温时发现主变一组散热片温度比其他散热片低, 异常散热片温度为35.2℃, 正常散热片温度为41.5℃, 随即检查发现主变散热器阀门未打开, 打开后即恢复正常。
对于此类设备缺陷的发现必须关注小温差的存在, 同时结合其他异常现象, 认真进行观察分析, 有助于及时发现变电设备的缺陷。
3运用红外测温技术, 发现电流致热型变电设备缺陷
电流致热型缺陷最容易发现和判断, 通常为接触不良造成的, 此类缺陷发展快, 对电网稳定运行影响较大, 因此要充分重视。
案例一:在对某变电站进行巡视测温时发现35k V一把线路刀闸B相触头温度为208℃、A相为41℃、C相为41℃、环温25℃, 负荷电流200A, 随即进行停电处理发现B相触头表面严重氧化, 接触不良导致触头发热, 处理正常后送电, 测温正常。
案例二: 在对某变电站进行巡视时发现主变35k V侧B相套管出线处绝缘护套变形, 初步判断由于发热造成, 对其进行测温时发现该处温度为75℃, 环温25℃, 负荷电流35A, 将主变停电后发现35k V侧B相套管出线接线板螺丝松脱, 处理正常后送电, 测温正常。
4一起典型的电压制热型缺陷判断分析
运维人员在某220k V变电站巡视设备, 发现220k V母联开关间隔龙门架悬挂式绝缘子B相处有轻微的间歇的放电声, 随即对该处相关设备进行了测温, 发现悬挂式绝缘子B相端头处温度比C相相同部位温度高1.8K。 该部位绝缘子为悬挂跨跳两段220k V母线引线的作用, 正常情况下应无电流流过, 存在温差立即引起了注意, 查询《带电设备红外诊断应用规范》 (DLT664-2008) , 瓷绝缘子温差为1K时即要考虑绝缘子问题。
异常情况发生后, 运维人员每两个小时就进行一次红外测温, 并将测温数据列表进行分析。 经过两天的跟踪测温发现温差不断增大, 直至达到12K左右, B相处声响由轻微的间歇的放电声逐步变为声响变大, 最后经现场目测, 已有明显的放电现象, 从异常声响不规则、而相间温差呈加速增加的情况分析, 该串瓷绝缘子存在劣化现象, 考虑到该绝缘子拉扯的引线下部就是正在运行的220k V#1、#2母线, 若发生电弧产生高温烧损, 烧断钢脚就会引起导线掉落事故, 导致该变电站220k V两段母线失压, 随即立刻申请将母联开关停电, 并对绝缘子进行了更换。 该串绝缘子共15片, 绝缘子绝缘电阻测试情况为: 从上至下排列1~10片, 绝缘电阻最低2500MΩ, 第11片为15MΩ, 第12片为5MΩ, 第13片为30MΩ, 第14片为5MΩ, 第15片为2400MΩ。 从诊断性试验测试结果分析, 当绝缘子在长期运行情况下, 个别绝缘子会出现劣化, 变成低值或零值绝缘子, 低值绝缘子在运行电压下承受较低电压, 而其它绝缘子将承受更高电压, 导致最下面的绝缘子压差异常, 导致电晕放电, 并产生异常声响。 在诊断性试验结果的分析后, 将该串瓷绝缘子在高压试验大厅进行了复装, 按运行情况在绝缘子中下部施加了220k V的运行电压127k V, 进行了红外监测, 测温结果确认了劣化后的低值绝缘子会造成异常声响和电晕放电。 由此可以看出采用红外成像精准测温能够成为运行中的悬挂式绝缘子进行状态评估和带电检测行之有效的技术手段和重要方法, 可以通过精准测温对设备三相间的横向比较, 发现异常声响或放电后, 立即进行跟踪监测和分析, 同时通过紫外线测试仪等辅助检测手段进一步判断设备的缺陷性质, 并综合其它检查试验结果进行分析得出最终结论。
由于此类电压制热型设备缺陷在测温时, 设备的表面绝对温度值不高, 且温差不明显, 因此电压型制热的设备缺陷: 1要对微小的温差进行持续关注; 2要根据相应设备的结构和原理, 认真分析;3得出设备是否存在缺陷的结论。
5利用红外双视系统, 及时发现设备缺陷
随着电网的不断发展, 越来越多的在线监测装置运用在变电站设备的运行监视上, 其中红外双视系统就是有效手段之一。 红外双视系统是通过带红外测温的遥视探头对设备进行扫描测温并记录测温数据, 在系统中进行判断并报警。
红外双视系统可以按照设定方式自动启动检测, 也可以远方手动启动检测, 对于特殊运行方式下部分负荷偏高的设备, 可以随时启动红外双视系统进行测温监视, 在很大程度上减少了运维人员的工作量。 如果要使红外双视系统发挥更大的分析判断作用, 我们必须做好系统数据录入及判据优化的工作, 使系统能够针对设备不同类型的温度异常, 给出可能存在的设备缺陷的分析报告, 运维人员再结合其他异常现象给出最终的判断, 这对有效的监测和诊断出设备早期故障有很大的意义。
6如何更好的运用红外测温技术发现变电准备缺陷
采用红外成像精准测温技术需要对设备结构、 特性进行充分的了解, 特别是对于红外测温中电压致热型缺陷所测得的微小的温差往往容易被运维人员忽略, 因此, 需要进一步提高运维人员的素质和责任心, 并且加强精准测温技术培训, 不断积累精准测温的运维经验, 为以后分析提供宝贵资料。
定期开展设备测温工作, 完善红外图谱库。 并通过比对典型红外图谱进行收集、分类汇总, 形成分析报告;同时结合其它测试数据, 进一步判断设备的故障及类别, 从而能够有效地监测和诊断出设备早期故障。
7结束语
电压致热型设备红外测温应用 篇5
1 高压电气设备热故障的分类
电气设备存在故障时, 往往出现不正常的发热或温度分布异常。高压电气设备外部热故障可分为2类:一类是电气接头连接不良, 其发热功率取决于导体连接的接触电阻与通过的电流;另一类是因表面污秽或机械力作用造成外绝缘性能下降, 其发热功率取决于外绝缘的绝缘电阻与泄漏电流。高压电气设备内部热故障主要发生在导电回路和绝缘介质上, 其内部发热机理因设备内部结构和运行状态的不同而异, 一般可概括为:导体连接或接触不良;介质损耗增大;电压分布不均匀或泄漏电流过大;因绝缘老化、受潮、缺油等, 产生局部放电;磁回路不正常等。
在实际工作中, 为更有效地判断被测目标的红外热分布场, 通常采用一些辅助措施来增加仪器的实用功能, 如图像亮度、对比度的控制, 实标校正, 伪色彩描绘等。
2 影响红外测温的因素
红外测温仪是通过接收目标物体发射、反射和传导的能量来测量其表面温度。测温仪内的探测元件将采集的能量信息输送到微处理器中进行处理, 然后转换成温度读数显示, 通过对物体表面温度及温度场的检测来判断设备是否存在缺陷。
在进行测温时, 被测目标面积应充满测温仪视场。如果目标尺寸小于视场, 背景辐射能量就会进入测温仪干扰测温读数, 造成误差。反之, 如果目标大于视场, 测温仪就不会受到测量区域外面的背景影响。测温仪所处的环境条件对测量结果有很大影响, 应予考虑并适当解决, 否则会影响测温精度甚至引起损坏。简单地讲, 影响红外测温的因素如下:
(1) 发射率。红外测量仪器是通过测量电气设备表面红外辐射功率来获得设备温度信息的。由于物体表面发射率主要决定于材料性质和表面状态 (如表面氧化情况、涂层材料、粗糙程度及污秽状态等) , 为了准确地测量电气设备温度, 要按受检目标的发射率值进行修正, 消除发射率对检测结果影响。
(2) 检测距离。在不影响安全的条件下尽可能缩短检测距离, 同时进行合理的距离修正。
(3) 环境与背景辐射。在进行户外检测时, 检测仪器接收的红外辐射除了受检设备相应部位的辐射以外, 还包括设备其他部位和背景的反射, 以及直接射入的太阳辐射等干扰。为减少环境与背景辐射的影响, 采取如下措施:尽可能选择阴天或傍晚无光照时间进行, 改变检测角度, 找到能避开反射的最佳角度进行检测。
(4) 确定测温范围。测温时应尽量选用短波较好。一般来说, 测温范围越窄, 监控温度的输出信号分辨率越高。测温范围过宽, 则会降低测温精度。
3 电压致热型设备红外测温步骤
电压互感器、耦合电容器、高压套管、避雷器、绝缘子、电缆头等设备在电压下绝缘受潮或劣化引起的发热, 因介质损耗增大、泄漏电流的改变、磁路故障及电场分布的不均匀等造成温升变化 (发热功率) 与运行电压的平方成正比, 所以工作电压的大小, 将直接影响到红外检测与故障诊断的效果。电压低, 设备故障发热不明显, 即使存在较严重的故障, 特征性热异常的形式暴露不明显;电压高, 发热及温升较明显, 故障点的特征性热异常也暴露得较明显。
电压致热型设备红外测温方法步骤如下:
(1) 正确选择红外测温仪。红外测温仪能满足精确检测的要求, 测量精度和测温范围满足现场测试要求, 性能指标较高, 具有较高的温度分辨率及空间分辨率, 以及大气条件的修正模型, 操作简便, 图像清晰、稳定, 有目镜取景器, 分析软件功能丰富。
(2) 制定测温方案。选择阴天或傍晚无光照时间进行, 考虑风速、大气温度、相对湿度、测量距离、发射率等对测量结果的影响, 制定测量方案。变电站现场管理要求每年对变压器、套管、避雷器、电容式电压互感器、电缆头等电压致热型设备进行一次精确检测, 做好记录, 将测试数据及图像存入红外数据库, 进行动态管理。
(3) 现场实测。因电压致热型设备故障温差较小, 故障的判断分析比电流型故障判断显得困难些, 故在测量时先把红外测温仪切至手动调节模式, 调节温宽 (对比度) 、电平 (亮度) 。变电站现场最好以调出变压器油枕油位分界线的参数为准 (调节测温仪的亮度及对比度) , 从不同方位对设备进行检测, 测出最热点的温度。选择构图时, 最好是三相同时拍摄, 最少应该是两相, 然后根据热像分析判断设备运行状态。
(4) 选择对比标准。对于正常运行的同类设备来说, 它们的热像图一般是相似的, 如果设备的热像图出现异常, 则应认真分析判断并结合通过其周围材料的温升和热分布场的变化来判断。由于电压型缺陷所测的发热非常微弱且温差较小, 因此在现场进行红外测温工作时, 0.5℃以上的微小温差决不能忽视, 要防止误判。
4 常用红外测温方法
(1) 同类比较判断法。对于电压致热型设备, 因温差小, 应根据同组三相设备、同相设备之间及同类设备之间对应部位的温差进行比较分析, 进行判断, 电压致热型设备缺陷诊断判据可参考相关标准。 (2) 图像特征判断法。根据同类设备的正常和异常状态下的热像图, 判断设备是否正常。应尽量排除各种干扰因素对图像的影响, 必要时结合电气试验或化学分析的结果, 进行综合判断。 (3) 档案分析判断法。分析同一设备不同时期的温度场分布, 找出设备致热参数的变化, 判断设备是否正常。
5 结束语
红外热像测温技术及其应用研究 篇6
自然界一切温度高于绝对零度的物体都在以电磁波的形式向外辐射能量,其中包括0.7～1 000 μm的红外光波。红外光具有很高的温度效应,这是红外热像测温技术的基础。
红外热像测温技术是当今迅速发展的高新技术之一,已广泛地应用于军事、准军事和民用等领域,并发挥着其他产品难以替代的重要作用。美国、德国、英国、法国等发达国家非常重视红外热像测温技术的研究与应用,掌握热像测温技术的发展进程、应用领域和发展趋势,有利于启发科学、合理的发展思路,为热像仪的优化发展提供方向性的支持。
1 红外热像测温原理及影响测温的因素
红外热像仪是能够实现热像测温的精密仪器,是红外热像测温的核心设备。它利用实时的扫描热成像技术进行温度分析,图1所示为目前民用市场上应用的主流热像仪,其结构简单、功能强大、测温快。
红外热像测温技术就是通过红外探测器接收被测物体的红外辐射,再由信号处理系统转变为目标的视频热图像的一种技术。它将物体的热分布转变为可视图像,并在监视器上以灰度或伪彩显示出来,从而得到被测物体的温度分布场信息。红外热像测温原理如图2所示。
由于红外热像仪属于窄带光谱辐射测温系统,使用其进行温度测量时所测得的物体表面温度,不是直接测量得到的,而是以测到的辐射能计算出来的。因此,实际测量时,测量精度受被测表面的发射率和反射率、背景辐射、大气衰减、测量距离、环境温度等因素的影响[1,2,3,4]。
仪器接收到的被测物体表面的辐射包括目标辐射、环境反射和大气辐射三部分,即:
其中,Eλ为仪器接收到的辐射;Ebλ为黑体辐射;To为被测物体表面温度;Tu为环境温度;Ta为大气温度;ελ为表面发射率;aλ为表面吸收率;τaλ为大气的光谱透射率;εaλ为大气发射率。
1.1 发射率的影响
由式(1)等号右边第一项可知,使用红外热像仪进行温度测量,其最大的不确定因素是被测物体的发射率,该发射率是由操作者自行找出再输入红外热像仪的。确定物体发射率的难度在于影响发射率的因素很多,主要取决于材料的种类、材料表面状况和物体的表面温度等。
1.2 背景的影响
式(1)等号右边第二项为背景投向被测物体并被反射的辐射能。由该式可知,被测物体的发射率越高,背景影响越小;背景温度越高,背景影响越大;当被测物体温度与背景温度相近时,背景影响引起的误差较大。
1.3 大气的影响
物体所辐射的能量必须经过大气才能到达探测系统,在其通过大气时,会被大气中的气体分子和尘埃吸收与散射而衰减。吸收红外辐射的气体主要是CO2(有2.65～2.8 μm,4.15～4.45 μm,13.0～17.0 μm三个吸收波段)和H2O(有2.55～2.84 μm,5.6～7.6 μm,12～30 μm三个吸收波段)。因此,仪器接收到的红外辐射和仪器与被测物体的距离有关,而且大气的吸收程度与大气的温度和相对湿度也有关系。
2 红外热像测温技术应用
我国引入红外热像测温技术在工艺及生产方面最初只有电力、冶金和石化等行业的部分单位应用,在科研方面也只限于尖端技术的研究领域。作为一种通用技术,红外热成像测温技术的应用将深入各个领域。
过去所发展的红外热像测温技术仅限于常规风洞实验中的中、低温度(1 000 K以下)测量,邓建平等[5]研制了一套测温范围在1 000～3 500 K的红外热像仪及图像处理系统,该系统已完成标定并在高频等离子体风洞中进行了实验。H wang Jihong[6]采用红外成像的电荷耦合装置(CCD)测量平面磨削中工件的温度场分布。Elmahdy A H[7]采用红外热成像技术在实验室进行窗口表面的温度测量,都取得了很好的效果。
使用热成像技术探测乳腺癌在医学领域的应用已经有50多年的历史。如对乳腺癌及恶性肿瘤的早期诊断、伤口愈合的红外观察、风湿性关节炎和发病状况的诊断、牙科治疗初步研究、耳鼻喉疾病的诊断、胸部肿块的红外诊断等[8,9],可以说远红外成像技术在医学中的应用已经成为一种新的诊断手段。在发现表浅肿瘤如乳腺癌、甲状腺癌、皮肤癌等,对脉管炎以及其他炎症,对骨折、骨髓炎、挫伤、关节炎,对确定烧伤和冻伤边缘,对合理的选择截断部位,对植皮、脏器、移植后排异反应的观察,对妇产科临床如胎盘的定位、针灸的经络穴温度反应等,都表现出了日益强大的应用能力,必将促进医疗卫生事业的快速发展。
远红外成像技术首先被大量的应用于农业和环境检测是在1980年早期,他们主要是通过空中摄像技术来对所探测的目标进行宽范围的检测和分析。直到敏感摄像技术得到了发展,才开始了对植物进行单株(single plant)水平上的研究。其具有的多功能性,准确性和较高的分辨率(可达0.01)使得对单株植物叶片和幼苗的实时观测成为了可能,也因此在植物研究中的应用掀起了热潮。如在重力作用下,对植物叶片表面与周围环境之间热交换的影响的研究、通过对植物如拟南芥,大麦突变体的筛选、对植物气孔导度的研究、植物在胁迫环境中的研究、在寒冷环境中植物体内的冰核形成过程的观测研究、谷类作物由于疾病和阵风而造成的旗叶温度的差异测量、叶片蒸腾速率研究、单细胞的研究等[10]研究成果十分显著,研究对象范围也大幅度拓宽。
红外成像技术应用于农业生产方面已有很多,刚开始用于园艺产品的分析和苹果损伤的发现和植物健康状况的评估。目前,已被广泛应用于农业和园艺中的贮藏室的设计和控制以及蔬菜的保鲜贮藏、对一些敏感的生物产品进行质量评估和控制、对农作物的生理衰变的检测。在水果和蔬菜成熟时期,通过热成像对其进行热温的测定往往可以评估气候对其的胁迫。还有水果和蔬菜新鲜程度的评估、植物不同部分受虫害的影响、苹果成熟程度,糖分及种间的差异的鉴定、空气对流量的测定等。
红外热像技术还应用于材料和构件的红外热像无损检测与评价、电力和石化设备状态的红外热像诊断、构(建)物的红外热像检测与节能评价、自动测试、灾害防治、地表/海洋热分布研究[11,12,13,14]等方面。另外,红外热像技术在电子电路设计、材料内部缺陷及应力检测、热能设备的制造设计等科研领域得到了越来越广泛的应用。
红外热成像测温技术为非接触式测温,响应快、不破坏被测物体的温度场及可以检测某些不能接触或禁止接触的目标,理论上讲,可以用于任何需要温度检测的场合。
2.1 预防性维护
利用红外热像仪进行预防性维护,就是早期发现设备的异常情况,并相应地采取适当的补救措施,保证设备安全,减少损失。对大型设备,对其早期的温度异常变化情况进行监测,判断设备运行状况有重要意义。图3为船舶系统在配电设备、动力设备及供暖设备上拍摄的热图,通过热图温度显示可以快速而准确地对其运行状况进行监测。
2.2 质量监测
对船舶系统,特别是新船出厂交付使用之前,各种部件的设计和安装是否达到要求,还存在什么问题,在试乘航时利用红外热像技术可以快速而准确地达到质量监测的目的。质量监测热图如图4所示。
2.3 科学研究
在科学实验研究方面,红外热像技术显示出其在测试物体温度场方面的优势。王喜世等利用红外热像仪测量火焰温度[15],侯成刚等利用其精确测试物体的发射率,都取得了较好的效果[16]。许永华等针对高炉炉内温度场的分布及高炉布料的情况提出了一种基于红外图像处理的高炉温度场检测方法,通过红外图像处理来建立温度场分布模型,结合十字测温进行温度定标,实现了高炉温度场分布在线监视[17]。高炉红外热成像仪通过高灵敏度红外探测器,实时测温,测量数达到十万个温度点,温度分辨率可达到<0.5 ℃(200 ℃目标)。实时显示的测试数据反应了高炉内物料温度或高或低的变化,能精确测出炉顶物料的温度,直观地反应出炉内煤气流上升的高度。这样,高炉内部燃烧情况的细微变化(特别对于物料的燃烧程度)可及时反应出来,热图如图5所示。
3 结 语
发展到目前的热成像系统已是现代半导体技术、精密光学机械、微电子学、特殊红外工艺、新型红外光学材料与系统工程的产物。近年来,红外热像仪的生产已经形成了较大的产业群,应用也涵盖了几乎所有的领域。作为一种全新的检测和科研手段,红外热成像技术的应用前景十分广泛,也期待能在实际运用中发现更多的用途。
摘要：阐述红外热像测温技术的工作原理和红外热像仪的基本组成,综述了红外热像仪测温技术的发展,从技术层面剖析了红外热像仪测温存在的问题,介绍了国内外在红外热像测温技术方面的研究热点,例举了利用红外热像仪进行温度场测量的应用实例,同时展望了未来的发展方向。针对红外测温领域中的理论、仪器及应用进行了较为详细的分析和总结。
浅谈双波长红外测温仪的应用 篇7
关键词：双波长红外测温仪,红外基础理论,注意事项
0 引言
目前, 测定温度的方法分为接触式和非接触式2种。随着现代工业的突飞猛进、工艺技术的飞速发展, 非接触式测温仪逐渐凸显出非接触的优越性。红外测温仪通过接收目标物体的发射、反射和传导的能量来测量物体表面的温度, 其内部的探测元件将采集到得能量信息输送到微处理器中进行处理, 并转换成温度信号显示。红外测温仪的感温元件与被测介质不直接接触, 它利用受热物质的表面亮度或辐射能的强弱, 通过比较或变换间接测量温度。通常对于大多数材料来说, 红外能量发出的波的频率和波长不固定, 而呈曲线分布, 并且在一个范围内波动。任何特定波长发出的红外能都随温度的增加而增加。但是, 低温物体发射出的峰值波长较长, 而高温物体发射出的峰值波长较短。
1 红外基础理论
根据黑体辐射定律, 在光谱的短波段由温度引起的辐射能量的变化将超过由发射率误差引起的辐射能量的变化, 因此测温时应尽量选用短波。一般来说, 测温范围越窄, 监控温度的输出信号分辨率越高, 精度可靠性就越容易解决;测温范围过宽, 则会降低测温精度。热能是能量的一种形式, 当物体被加热时, 温度会上升。一个物体的热量越多, 就会越热。红外能是一种电磁能, 就像可见光、无线电波和X射线一样。光与X射线的唯一区别就在于波长, 所以通过改变波长, 有些物体会变得更加透明或更加不透明, 双波长红外测温仪就是基于种理论而出现的。
2 双波长红外测温仪的使用
传统的单波长红外测温仪, 在特定波长范围内测量红外能量振幅。其传感器测量的是被测范围内的平均温度, 且受发射率变化、沾污的镜头和光学干扰的影响, 如果来自背景干扰热源的红外能量足够大, 还会影响到传感器的读数。因此, 应采用美国威廉姆逊公司的双波长红外测温仪, 其传感器能够修正发射率变化带来的影响, 并且可以克服烟雾、灰尘以及大多数光学障碍的干扰, 如沾污的镜头等。该传感器在2个相邻波长上测量红外能量, 通过两者的比值计算温度, 物体温度就不受所谓的“灰色”干扰的影响。该传感器提供的是被测范围内最高温度的加权平均读数。与单波长的传感器相比, 背景环境温度越高, 逸出的红外能量对传感器读数影响越明显, 反之影响就越小。波长和波长的间隔影响测温范围、最高温度的取值、E-Slope变化的敏感程度, 以及信号稀释接受能力和对某些干扰介质的敏感程度。
马钢股份公司第一钢轧总厂的薄板坯连铸连轧CSP (Compact Strip Production) 生产线, 辊底式加热炉均热以后出炉的板坯, 其温度的控制要求非常严格。但由于板坯的表面发射率低, 不仅随着温度、表面氧化程度、粗糙度和表面化学反应等发生变化, 而且随着波长的变化而变化, 传统的红外测温仪无法做到对其进行准确测量。在热轧制过程中, 板坯在加热炉内被加热, 以便软化后轧制。如果金属温度太低, 在轧制过程中将因其太硬而产生表面裂缝, 同时也会使轧制设备受到损坏;而如果金属温度太高, 在轧制过程中将出现表面破裂、熔化或损伤;如果金属受热不均, 钢材将出现不规则变形, 从而导致产品质量低劣, 甚至出现废品。处理方法是在加热炉出口处, 炉门打开后坯料出炉前, 测量坯料温度, 这是在没有火焰和墙体反射影响的情况下对板坯测温的第一次时机, 以确保板坯在出炉前达到最终所需要的均热温度。双波长过滤器可以确保在短时间内对出炉钢坯进行及时有效的温度测量, 当板坯从炉内一出来时, 就须其温度, 一旦板坯出来的时间超过几秒, 就无法测出板坯的准确温度, 因为此时板坯的表面温度和内部温度已经不同。
美国威廉姆逊公司制造的非接触式双波长红外测温仪采用多项先进技术, 具有精度高、抗干扰能力强的特点, 尤其是能够自动测量和补偿发射率变化带来的影响, 为准确测量薄板温度提供了有效的途径。该测温系统由一个多波长标准探头、一个内置可编程数据显示处理器、一个带双波长过滤器专用软件的远程可编程接口模块、一套水冷空气吹扫装置、传感器调整支架及传输信号线等组成。工作时, 红外探头将采集到的多个波长信号送到处理器同时进行处理, 专用软件参与计算。远程转换模块除具有先进的用户界面、十分灵活的操作系统和自诊断功能外, 还可编辑各种数据。在传感器和远程接口模块中能够同时实时显示5种被测参数, 即过滤后的板温、未过滤的板温、发射率信号强度、信号稀释因子和传感器工作环境温度, 其中二路信号, 即过滤温度信号和发射率信号强度, 经PLC送到上位机供实时显示、存储、打印、报警设定等。对传感器采用水冷方式, 以保证其常年在60℃以下的环境工作。为保证镜头洁净, 采用氮气进行吹扫。传感器工作温度超过允许范围时, 可接入继电器超温报警信号。威廉姆逊公司的专利产品双波长过滤器, 使双波长传感器能够识别极端不连续的测量条件, 并且只给出有效的温度值, 温度极限为95～2 500℃, 有视线、目视瞄准、激光瞄准及光纤瞄准等选择方式。经一系列挑选的窄带波长, 可用于在较高难度的场合中进行精确测量、可编程的4～20 m A电流和电压信号输出, 以及RS232和RS485通讯, 并可作为一个独立的变送器, 连接到一个盘装仪表、记录仪、PID控制器或PLC。所有的红外测温仪都是通过测量红外能量来计算物体温度。物体发射的红外能量与物体的温度及其发射率之间存在某种函数关系, 红外测温仪即依据此原理来计算物体的温度。
此外, 我们在中板生产线的轧机入口也使用了威廉姆逊公司制造的非接触式双波长红外测温仪。由于在粗轧制阶段存在大量水雾、蒸汽、氧化层和氧化皮等严重的干扰因素, 同时也伴随着常见的板材发射率变化, 因此应选用威廉姆逊双波长红外测温仪, 它能够穿过蒸汽和水雾进行测量而不被干扰, 并可自动对发射率变化和氧化层干扰进行补偿, 解决了轧制温度一直较难测准的问题。
3 双波长红外测温仪的使用注意事项
双波长红外传感器出现的问题, 20%是源于选型错误, 80%则是源于安装错误。尽管传感器本身的技术已经达到一定的水平, 但其正确的安装仍然是至关重要的。实践发现, 发射率、光学干扰介质 (烟、蒸汽、灰尘、薄雾和不干净的视窗等) 、瞄准误差以及反射都会影响到安装的效果。此外, 环境温度、信号强度、发射率、信号稀释因子、温度过滤与否, 也会影响到安装的效果, 这些都是需要特别注意的。
在无效的测量环境下, 传感器会有如下2种反应: (1) 显示器会显示一个状态信息, 用以表示双波长过滤器超过了其测量范围。 (2) 通过峰值保持功能, 将之前最后一个有效的温度测量值保留在显示器上。所以, 经过双波长过滤器的最终结果一定能够准确可靠地显示被测目标温度值。因此, 带有双波长过滤器的测温仪能够通过有效的温度监测, 来提高整个工艺流程的质量、控制和生产能力。
4 结语
在此之前, 我们使用了很多品牌的红外测温仪, 其效果不甚理想。目前, 我公司的2条生产线均使用了美国威廉姆逊公司制造的非接触式双波长红外测温仪, 其效果十分理想, 基本上实现了免维护, 为产品的质量提供了强有力的保障。因此, 不同的环境使用不同的产品, 这一点在工业应用上很重要。
参考文献