非接触式测温（精选5篇）
非接触式测温 篇1
在现代工业生产过程中, 温度测量的准确性和实时性的要求也越来越高[1], 一般来说, 测量方法可分为两大类:接触式和非接触式。接触式得到是被检测的目标与传感器装置温度相平衡之后的温度结果, 反应滞缓, 容易受周边环境因素的干扰, 非接触式测温的特点是不用与被测物体相接触而迅速的测出目标温度[2]。传统温度测量传感器容易受到各种因素的干扰, 并且只能监测有限个点的温度, 所以加快温度测量工具的研究开发与应用具有重要意义[3]。红外测温技术的很多优点在产品的检测和监控过程、配置的保护、故障实时诊断以及节省能源等方面都具有重要意义[4]。红外测温技术自身的优势特点使得它在各个领域 (工业、生活民用等) 都被广泛应用[5]。
1 系统硬件设计
本设计基于MLX90614传感器和STC89C52单片机实现了一个非接触式红外测温系统, 该系统的功能是能够对温度进行非接触、实时快速的检测, 而且具有测量精度高、便于携带、价格适应等特点。该系统主要由单片机、传感器、显示等模块组成。其方案如图1所示。
1.1 单片机选型
本仪器采用STC89C52单片机, 其是宏晶科技公司生产的一种CMOS 8位微控制器, 其功耗低, 性能好, 具有8K在系统可编程Flash存储器, STC89C52运用MCS-51内核, 工作模式和主要功能:
(1) 掉电模式:典型功耗小于0.1μA, 由外部中断唤醒, 终端返回后, 继续执行源程序;
(2) 空闲模式:典型功耗2m A;
(3) 正常运行模式:典型功耗4m A~7m A;
(4) 掉电模式可由外部中断唤醒, 适用于电池供电系统及便携装置。
1.2 电源的选择
LM1117是一个低压差电压调节器系列。有可调电压的版本, 通过2个外部电阻可实现1.25~13.8V输出电压范围, 有一个内部电源和热限制电路, 当电路超负荷运行时起到保护作用, 并提供了SOT-223和TO-252两种封装方式, 另外有5个固定电压输出 (1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V) 的型号, 本仪器选用LM1117-5.0V。
1.3 测温传感器选型及调理电路设计
MLX90614是一款非接触式红外测温装置, 和红外感应热电堆探测器芯片与信号处理专用集成芯片一同封装在T0-39金属壳内。由于集成了低噪声放大器、17位数模转换器和功能强大的信号处理单元, 使得该温度计具有高准确性和高分辨率的特性。根据MLX90614调理电路的设计, 制作相应的PCB板。
2 单片机主程序初始化编写
#include<REG52.h>
#include<intrins.h>
#include”mlx90614-stc89c52.h”
unsigned char SMBus_Op_arr[6]={1, 2, 3, 4, 5, 6};//用于存放SMBus操作过程通信码, 在MLX90614_SMBus中被初始化
unsigned char Tempr_code[5]={1, 2, 3, 4, 5};//用于存放温度转换码, 在MLX90614_SMBus中被初始化
unsigned char Tempr_code_asc[6]={1, 2, 3, 4, 5, 6};//用于存放温度转换码的ASCII码, 整数和小数中间放了一个小数点
3 实验及结果
本测试实验选择了FLIR140红外测温仪作为实验数据对比参考值, 实验方法是在相同条件下, 用本文所设计仪器和FLIR140仪器对相同目标进行测温, 多次试验后计算出本设计的红外测温仪器的平均精确度。实验实现的途径是对开水降温过程中的温度检测来获取数据, 具体过程是:首先准备一个水杯, 将烧开的热水倒入杯中, 然后在相同条件下让水杯自然降温, 在水杯降温的过程中, 用FLIR140红外测温仪和本文所设计的红外测温仪器对其进行测温, 随机选取20个时间段测出20组数据, 记录下来进行比对计算。
根据实验所测数据分别对物体温度和环境温度进行相应计算最终本仪器测温的平均准确度为93.82%。
4 结语
本设计以STC89C52单片机为主要核心部件, 使用非接触式红外传感器MLX90614对温度进行采样, 由微处理器对完成数据采集和转换, 实现温度实时性测量并显示在显示装置上, 实现了红外温度监控系统, 经计算所设计出的红外测温装置的平均精确度为93.82%, 实现了目标温度的较精确测量。
参考文献
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[5]毛伟.基于ARM的红外测温算法及信号处理系统设计[D].南京:南京理工大学, 2014.
煤气化炉炉壁非接触式测温技术 篇2
非接触式温度测量仪表工作时,能够避免很多由检测元件接触炉壁引起的测量问题。非接触式测温因操作简单、响应时间快、不会老化、漂移小、配置灵活及价格合理等优点被广泛应用。在此,笔者主要介绍非接触式红外热像仪测温方法的工作原理、种类及其在煤气化炉炉壁测温中的工业应用。
1非接触式测温技术的种类和原理*
1. 1辐射温度计
全辐射温度计由辐射感温器、显示仪表和辅助装置构成。接收到整个光谱范围内的总辐射功率Mb( T) 后,根据斯蒂芬- 玻尔兹曼定律即可确定目标温度。实际仪器接收的是全部辐射能量的96% ,其测温误差为1% 。全辐射测温仪灵敏度较低,受被测物体发射率 ε 的影响很大,精度不高,测温范围较窄。
1. 2光学高温计
光学高温计是发展最早且应用最广的非接触式温度计之一,它是利用受热物体的单色辐射强度随温度升高而增加的原理设计的,由于采用单一波长进行亮度比较,也称单色辐射温度计。物体在高温下会发光,也就具有一定的亮度。物体的亮度Bλ与其辐射强度Eλ成正比( 即Bλ= CEλ,C为比例系数) ,因此受热物体的亮度就能够反映物体的温度数值。通常先得到被测物体的亮度温度,然后转换为物体的真实温度。
光学高温计的缺点是: 亮度平衡是由人工操作完成的,其测量结果有主观误差,因此不能实现快速测量和自动记录,当被测温度低于800℃时, 光学高温计对亮度无法进行平衡。
1. 3光电高温计
光电高温计是在光学测温仪测量理论的基础上发展而来的一种新型测温仪表,采用新型的光电器件,自动进行平衡,达到连续测温的目的。光电测温仪用光敏原件代替人眼,实现了光电自动测量,其特点是: 灵敏度和准确度高; 波长范围不受限制,可见光与红外范围均可,测温下限可向低温扩展; 响应时间短; 便于自动测量和控制,自动记录和远距离传送数据。
1. 4比色高温计
比色高温计是通过测量热辐射体在两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的。其特点是: 受烟雾灰尘的遮挡影响较小、误差小、准确度高、响应快,而且可用于观察小目标( 最小可到2mm) ,与物体的真实温度很接近,一般情况下所测结果不用校正［1］。
1. 5红外测温仪
红外测温仪( 图1) 是根据被测目标的红外辐射能量与温度成一定的函数关系设计的,由光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理及显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,视场大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转换为相应的电信号,再经放大器和信号处理电路, 按照仪器内置算法,以目标发射率校正和环境温度补偿后转换为被测目标的温度值。
2非接触式测温技术的现状
非接触式测温技术在产品质量控制和监测, 设备在线故障诊断、安全保护及节约能源等方面发挥着重要作用。近年来,非接触红外测温仪的性能不断完善,功能不断增强,其品种不断增多, 适用范围也不断扩大,市场占有率逐年增长。与接触式测温相比,非接触式测温具有响应时间快、 非接触、使用安全及寿命长等优点。
非接触式红外测温技术已发展到可对有热变化表面进行扫描测温,确定其温度分布图像,迅速检测出隐藏的温差,即红外热像仪技术。红外热像仪利用红外探测器和光学成像物镜接收被测目标的红外辐射能量分布图形,并反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应,不同颜色代表被测物体的不同温度。
3非接触式测温技术应用的可行性
煤气化技术在国内煤化工行业的应用日益广泛,目前煤气化炉炉壁温度的测量方式采用热敏电阻模拟测量系统、热电偶模拟测量系统和熔盐式开关测量系统,这些温度测量元件都是用铠缆式,分别把热敏电阻、热电偶和导线用绝缘物质外包以不锈钢拉成 3 ~5mm的铠缆,用专用螺栓和压板缠绕固定于炉体和拱顶,远传至控制室显示并报警。热电阻和热电偶可测量平均温度或最高温度; 熔盐式开关测量系统工作时,在达到某一温度时熔盐熔化,形成导电状态而在控制室报警,当温度下降后恢复原状。一般采用铠缆式的方法测量平均温度或最高温度,首先通过远传式测温元件,在控制室找出表面温度异常的区域,然后用手持式测温仪表,找出准确的温度异常位置。
3. 1目前气化炉壁温测量方式的弊端
目前采用的铠缆式测温电缆需要用螺栓固定在气化炉壁表面,很容易因安装问题影响测量效果,如线缆与气化炉贴合得不够紧密,或线缆过度弯曲及施工冲击可能造成线缆内部热敏材料的损伤等。并且测温电缆仅能反映出敷设路径中的最高温度,并不能反映敷设路径中的具体位置,因而无法确定准确的超温报警点。如果需要确定超温点,还需要人工采用手持式测温仪去现场找出准确位置,增加了操作的危险性。从检修方面考虑, 铠缆式热偶一般都有几十米甚至上百米,如果出现故障只能将整根热偶全部更换,费时费力,代价过高,更换安装的过程也较为复杂。
3. 2红外热像仪的优点
鉴于常规铠缆式热偶的缺陷,笔者采用红外热像仪测量煤气炉壁温度。一般红外热像仪的测温范围在-40 ~2 000℃( 不同型号的热像仪测温范围不同) ,测量精度也在可以接受的范围( 1% ~ 2% ) ,工作温度- 15 ~ 50℃ ,最小焦距0. 4m,基本能满足气化炉筒体周围框架上安装的要求。
与常规铠缆式表面测温电缆相比,红外热像仪具有以下优点:
a. 安装布置灵活,不用直接接触气化炉炉壁表面,避免了气化炉本体振动对测温精度的影响, 以及在气化炉或周围设备检修操作时无意识的冲击和碰撞对测温设备造成损伤,使设备具有很高的可靠性。
b. 红外热像仪自身元器件的可靠性远高于直接接触测温的热电偶,高可靠性是红外热像仪相对于常规表面热电偶最明显的优势。
c. 可以实时显示气化炉炉壁任意一点的温度、炉壁表面整体的温度及其变化情况,红外热像仪还可以快速定位高温位置,方便查找超温原因, 及早排除故障。
d. 实现了在线检修维护,过程简单且方便快捷［2］,避免了人身伤害。
4非接触式测温技术的应用
成套红外热像仪由带有工业防爆装置的红外热像仪、现场接线箱、现场电源板、控制室内标准机柜、控制操作终端、历史服务器及其软件组成［3］。目前,应用在气化炉壁温度测量装置上的红外热像仪,测量范围0 ~ 2 000℃,防爆等级Ex II 2 GD EExd IIC T6 IP65 ATEX。现场接线箱是系统的网络集成中心,为每个热成像仪提供电源和通信,并为冗余的光纤提供到控制室内机柜和回现场的终端,这种连接采用多模SC-SC光纤接头。每个现场接线箱最多可连接8台红外热像仪。现场安装的电源板为现场接线箱提供电源, 而接线箱内的电源为现场的热成像仪供电。现场电源板为壁挂式安装,输出电压24V( DC) 。红外热像仪有独立的机柜和柜内组件,用以容纳以太网交换机和光纤终端。控制操作终端和历史服务器包括数据服务器、归档服务器、显示器和输入设备。气化炉检测软件包括实时数据服务器软件、 历史数据服务器软件和设备管理软件系统。实时数据服务器软件具备热点识别与跟踪功能,可同时跟踪显示多个热点。历史数据服务器软件长期跟踪热点发展,正常情况下,每个成像仪的数据每分钟存储一次,报警状态下15s存储一次。
大庆石化公司某煤气化炉的燃烧室高7. 9m、 直径3. 2m,采用LAND国际仪器公司生产的红外热像仪测量炉壁温度,用5台热像仪对气化炉实现全覆盖。因为气化炉燃烧室高约8. 0m,故现场调试时可将上、下两层红外热像仪位差设置为8. 0m,设置3台红外热像仪在16. 0m平台处,环绕气化炉一周,全面覆盖了直筒部,24. 0m平台处设置两台红外热像仪,对气化炉拱顶部位温度进行监测。其中一台红外热像仪的显示画面如图2所示。
目前,国内运行的煤气化炉炉壁温度测量系统所用的大多是传统的接触式表面测温系统［4］, 由于其在测量煤气化炉壁温度时存在的不可避免的弊端,红外热像仪已开始在个别煤气化生产厂家应用。据了解,LAND国际仪器公司生产的红外热像仪在国内两家气化炉壁测温装置上投入应用,并且正在安装的还有数家煤气化装置。就目前使用的情况来看,相较于传统壁温测量方式,红外热像仪的优势非常明显。从图2也可以看出, 红外热像仪能够全面反映气化炉壁每一点的温度,每个划分区域的平均温度、最低温度和最高温度和每个区域中最高温度所对应的位置,有非常完善的图像与数据处理软件,温度图像显示、报警模式、参数设置、数据处理及系统故障检测报警等功能。在近两年的投运中,没有出现过质量问题, 这就保证了煤气化炉的安全性和可靠性。目前, 红外热像仪在煤气化炉壁温测量上还没有推广应用,重要原因是旧工厂的布置问题,红外热像仪是非接触式测温,故不能有其他东西遮挡。在现在应用到的厂家中,已经解决了这个问题。
5结束语
非接触式测温 篇3
1 什么是红外成像测温技术
1.1 红外诊断技术
任何有一定温度的物体, 都会以电磁波的形式向外界辐射能量。辐射能量的大小与该物体热力学温度的四次方成正比。利用这个原理制成的红外测温仪, 无需与物体接触, 属于非接触式测量。红外测温技术是利用红外探测技术获取设备辐射状态的热信息, 转换成温度后进行显示的技术, 它能测量设备表面上某点周围确定面积的平均温度, 以温度高低来判断其工作状态的正常与否。设备的红外辐射通过大气传输到红外测温仪, 测温仪中的光学系统将设备辐射的能量汇聚到探测器上, 探测器将接收的辐射能量转换成为电信号, 经过信号处理后显示出来。理论和实践证明, 运行中的高压电气设备运用红外测温方法比传统接触式测温有利之处较多。
1.2 红外热成像技术
红外热成像技术是一种先进的在线检测技术, 可在设备不停电的情况下, 检测设备的运行状况。通过对电气设备表面温度及其分布的测试、分析和判断, 准确地发现电气设备运行中的异常和缺陷, 从而使部分事故检修转为预见性检修。应用红外测温仪和热成像仪等诊断技术可实现设备运行状态时远距离、不停电、不接触、不取样、不解体的情况下, 检测出设备故障引起的异常红外辐射和温度, 有效的判断设备存在的外部缺陷和内部缺陷, 从而实现故障隐患的提早发现并及时进行处理, 是一种先进的监测手段。
红外热成像仪的功能及优势: (1) 通过对设备表面温度分布的测量, 可以分析设备内部热损耗部位和性质, 从而判断该设备的健康状态。热点温度直观显示, 热图像清晰, 能储存和打印; (2) 具有定性成像与定量测量的双重功能, 并有较高空间分辨率和温度分辨率, 能够辨别很小的温差。实时热图像能够清晰显示在屏幕上, 为建立热图像数据库提供了条件, 实现了图像采集、储存、分析于一体的功能; (3) 用红外热成像仪检测设备, 属于远距离非接触式的扫描巡检, 可以保证人身设备的安全; (4) 红外热成像仪检测设备如同用摄像机录像, 能够快速的对大面积的设备进行检测, 能够准确、直观的发现与运行电压、电流有关的设备缺陷, 还可对缺陷的性质、位置、程度做出定性、定量的判断。
红外成像测温技术应用情况:变电站的设备 (装置) 巡视是运行人员必须每天进行的一项重要工作, 其手段方法一般为通过目测、耳听和鼻嗅等来了解运行情况, 其中有以目测为主。但目测的方法有着很大的局限性, 对一些发展性的缺陷, 特别是内部缺陷, 发热到一定程度后才有可能被发现。因此, 在变电站设备 (装置) 的巡视中, 利用红外成像测温技术就能及时发现设备 (装置) 的缺陷, 特别是对保证安全可靠供电起到了积极的作用。红外成像仪在日常的巡视中, 能很清晰地显示设备 (装置) 的温度场, 对发热情况作很直观的观察, 对同一设备 (装置) 的不同点温度的异常也能及时发现。具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点, 具有其它测温仪不可替代的优点。但红外成像仪也存在重量大和价格贵等缺点, 因此, 红外成像仪要作为运行人员日常巡视的必备工具还不现实, 但季度查评、定期夜检查或在特殊时期的检查 (如电网迎峰度夏或高峰负荷时) 中使用, 能收到相当明显的效果。
2 远程红外测温视频监控系统
远程红外测温视频监控系统由摄像机、数字云台、红外测温仪、网络视频服务器、交换机、网络通道、监控软件及监控终端等组成。本系统的最大特点是在普通的远程视频监控系统中加入高精度的数字云台和红外测温仪, 组成了视频、温度远程自动检测系统。系统将自动保存每次温度巡检的记录, 并可同时进行视频录像。一旦系统检测到温度异常 (即超出高低温度区间设置) , 就会通过监控屏幕的闪烁和报警声音提示。显示、报警、预置、记录查询等都在监控中心实现。这样, 既保证了测量的及时性, 又减轻了人力、物力的消耗。
变电站红外与视频监控系统可以定时定点对变电站预置各测量点 (每套前端采集装置最多可以设置56个测量点) 自动进行数次温度和图像扫描, 通过网络实时将各点温度、图像上传并存储于监控主机, 同时能够在温度越限后自动报警, 提高了变电站变电设备 (装置) 温度、视频监测的智能化、信息化、网络化水平。
本系统最大特点是在普通的远程视频监控系统中加入高精度的数字云台和红外测温仪, 组成了集视频、温度监控于一体的远程变电站自动监控系统。本系统综合运用了多媒体视频技术、计算机网络技术、人工智能技术, 实现了视频监控系统的网络化、数字化、应用的多媒体化以及管理的智能化。该系统能够实现热故障状态检测和诊断、设备检测和监控、漏热检测、测温分析、温度检测、红外无损探伤、温度异常报警等方面功能, 安装该套系统将极大提高变电站安全运行能力, 防患于未然, 避免损失。该系统的使用与推广, 能够实现总公司、分公司、变电站根据权责对各变电站关键部件温度、图像进行网络化安全监测, 达到减员增效目的。
在实现变电站自动化系统综合管理的过程中, 各级电网调度中心都配置了不同档次的远程图像监控系统 (遥视系统) 。实践表明, 遥视作为传统四遥的补充, 功能已经实用化, 并且达到了远方巡视的预想目标。目前的图像监控系统大多作为一套独立系统单独运行。随着电力系统自动化水平的提高, 这种运行方式的缺陷也暴露出来。有关学者提出构建遥视与能量管理系统 (EMS) 的协同系统、多媒体监控和数据采集 (SCA-DA) 系统以及图像监控与SCADA系统的互联系统等。但是, 上述系统仅实现了遥视功能与传统四遥功能的融合, 提供的仍然是现场可见光图像信息。设备的热状态是反映设备运行状况的重要方面, 如果在遥视系统中融入测温功能, 使集控站工作人员在远程巡视的同时能够得到感兴趣的设备温度, 将为电力系统的安全运行提供更可靠的保障。
当前普遍使用的热成像仪, 定期的对供电设备 (装置) 进行温度巡回检测, 一是费时费力, 并且不能及时发现设备的隐患;二是成本高, 一套热成像仪至少是15~16万元;三是受人为因素影响大, 很容易漏测。针对以上情况研发的带红外测温的远程视频监控系统能自动根据预定时间 (检测时间可以在监控中心设置) 完成对预置点 (预置点为40个) 的温度巡测, 并通过网络将温度和现场图像实时传到监控中心。也可对预置点的温度检测设置高温和低温越限报警。
3 结论
红外诊断技术是一项十分有效的新型设备故障诊断方法, 促进非接触式红外测温仪在变电站应用很有意义。
参考文献
非接触式测温 篇4
本设计利用TPS434红外测温模组, 采用超低功耗的MSP430单片机[4], 实现了非接触式红外测温仪。它体积小巧, 能够很方便地测量近距离物体的表面温度, 完全可以满足常温领域的测量。
1 测量原理
红外测温仪的测温原理是黑体辐射定律[5]。众所周知, 自然界中一切高于绝对零度的物体都在不停向外辐射能量, 物体的向外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的联系, 物体的温度越高, 所发出的红外辐射能力越强。黑体的光谱辐射出射度由普朗克公式确定, 即:
图1是不同温度下的黑体光谱辐射度图:
从上图中曲线可以看出黑体辐射具有几个特征:
1) 在任何温度下, 黑体的光谱辐射度都随着波长连续变化, 每条曲线只有一个极大值;
2) 随着温度的升高, 与光谱辐射度极大值对应的波长减小, 这表明随着温度的升高, 黑体辐射中的短波长辐射所占比例增加;
3) 随着温度的升高, 黑体辐射曲线全面提高, 即在任一指定波长处, 与较高温度相应的光谱辐射度也较大, 反之亦然。
由普朗克公式可推导出辐射体温度与检测电压之间的关系
式中:K=Raεσ, 由实验确定, 定标时ε取1
T———被测物体的绝对温度, R———探测器的灵敏度
a———与大气衰减距离有关的常数, ε——辐射率, σ——斯蒂芬—玻耳兹曼常数
因此, 可以通过检测电压而确定被测物体的温度, 上式表明探测器输出信号与目标温度呈非线性关系, V与T的四次方成正比, 所以要进行线性化处理。线性化处理后得到物体的表观温度, 需进行辐射率修正为真实温度, 其校正式为:。式中:Tr——辐射温度 (表观温度) , ε (T) ———辐射率, 取0.1-0.9。
由于调制片辐射信号的影响, 辐射率修正后的真实温度为高于环境的温度, 还必须作环境温度补偿, 即实测温度加上环境温度才能最终得到被测物体的实际温度。
2 测温系统总体设计
红外测温仪的系统, 主要由光学系统、光电转换、信号处理、显示输出等部分组成。光学系统完成视场大小的确定, 热电堆红外传感器用将聚焦在探测器上的红外能量转换成电信号, 经过放大、滤波后进行模/数转换, 并送至单片机进行信号处理, 最后在LED显示单元中显示出被测目标的温度值。
3 系统硬件电路结构及工作原理
3.1 红外采集电路
红外测温仪器使用的是TPS434热电堆红外传感器。热电堆红外传感器的原理是将多个热电偶[6]串联起来, 使其具有较高灵敏度。光学系统起到收集红外辐射并将其聚焦到红外探头上的作用, 由于红外信号相对来说比较微弱, 因此要实现测温仪精确测温必须设计一个光路简单、红外辐射损失小的光学系统。在设计中可以在被测物体和红外传感器之间加一个透镜, 以便聚焦红外线。
3.2 信号放大电路
AD623是一个集成单电源仪表放大器, AD623能在单电源 (+3-+12V) 下提供满电源幅度的输出, 并且允许使用单个增益电阻设置增益大小, 具有很强的灵活性。在无外接增益电阻的条件下, 增益倍数为1;外接增益电阻后, 可编程设置增益, 其增益最高可达1000倍。其增益公式G=100kΩRg, 式中, G为放大器的增益倍数;Rg为放大器的增益电阻阻值。放大电路如图2所示。在此放大电路中, 采用二阶滤波器, 截止频率为20Hz。放大器的增益倍数G由增益电阻Vr3动态调节, 范围为92-1000倍。红外传感器输出为几百微伏到几十毫伏的微弱电压, 在放大的电压参考端接入1.5V的参考电压, 并经放大电路后, 输出电压范围为1-3V。
3.3 AD转换电路
经放大电路放大后的模拟电信号需要转换成数字信号后才能送入单片机进行数据处理, 系统数据采集选用TLC549集成芯片进行模/数转换如图3所示。
3.4 温度补偿电路
由于红外温度传感器的输出受环境温度影响, 所以为了得到高精度的测量, 需要进行环境温度补偿。在本系统中, 环境温度由集成温度芯片AD590测得。AD590是Analog Devices公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型温度传感器[7]。通过调节电位器Ra, 是Ra与R1的电阻值相加为5K。温度每变化1度, 输出电压变化5m V。输出的电压经过单片机的P6.0进入后, 进行数据处理, 最后计算得出环境温度值。测得环境温度后, 通过软件温度补偿方式提高系统的测量精度。
4 实验结果
在对该系统的精度做实验验证过程中, 以黑体为目标物体, 分别用接触式温度传感器和非接触式温度测量物体的温度。实验结果如表1所示。可以发现, 单次测量的最大误差在2%以内。
5 结论
本设计以非接触式红外测量为研究内容, 详细阐明了系统软硬件设计的全过程, 该设计以MSP430单片机为核心, 具有超低功耗的性能, 采用仪表放大器AD623作为前级放大, 提高了放大的精确度;并通过温度补偿方式对测得温度做精准校正, 大大提高了非接触式红外测量仪的测量精度。本系统具有电路工作稳定、测量快速准确等优点, 有很好的应用前景。
参考文献
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非接触式测温 篇5
关键词：红外测温,变电站,故障检测,问题,展望
0 引言
对于各类裸露电力设备部件, 由于在长年累月的运行中受到环境变化、污秽覆盖、有害气体腐蚀、风吹日晒等自然力的作用, 再加上人为设计、施工质量等因素的影响, 均会造成设备老化、损坏和接触不良, 必将导致介质损耗增大、泄漏电流增大和接触电阻增大, 从而引起设备的局部发热, 如果未能及时发现并制止这些隐患的发展, 最终会导致设备故障或事故的发生, 严重的会造成电网扩大事故。
1 红外测温诊断技术
1.1 红外热像仪原理和特点
许多变电站设备故障往往都以设备部件的温度或热状态变化为征兆表现出来, 红外检测与诊断的基本原理是借助红外热像仪, 应用红外检测与诊断技术, 通过检测到的热缺陷, 能及时有效地发现运行中的电气设备的事故隐患, 及时采取合理、可靠的处理措施, 从而降低电气设备故障率, 提高电气设备运行的安全性和可靠性。
红外检测工作具有不停电、不接触、直观、快速、不妨碍运行、应用范围广泛等特点, 是一项检缺功能强大的带电检测技术。本局所使用的U.S.A.FLIR红外热像仪能够发现常规试验不能发现的大量设备隐患。FLIR红外热像仪检测较小目标时不易漏检, 检测效率高, 可对目标整体温度分布进行分析, 集红外、照相机、可见光、激光指示器于一体, 如图1所示。
1.2 现场操作方法
红外诊断测温工作至少应有2人进行, 1人手持红外热像仪进行测温, 1人进行记录及监护。开机后应正确设置发射率、环境温度和测量距离。一般先用红外热像仪对所有应测部位进行全面扫描, 找出热态异常部位, 然后对异常部位和重点检测设备进行准确测温。对运行设备进行巡视检测时, 要选择最佳的巡测路线, 防止漏检, 对有怀疑的热故障, 要从多个角度进行检测, 排除可能的影响因素, 保证检测的准确性, 做好现场检测记录及被测设备的运行参数 (负荷、油温等) 记录。
1.3 测温时注意事项
红外热像仪的温度分辨率虽然很高 (±0.05℃) , 但测温精度并不高 (±2℃) 。特别是电压致热型设备的发热量小, 温升值很小。在这种情况下, 各种测量误差的总和可能超过实际的温升值, 此时应以相间或对应点的允许温差值, 尤其是热像图的分布情况作为主要判据。
检测目标及环境的温度不宜低于5℃, 如果必须在低温下进行检测, 应注意仪器自身的工作温度要求, 检测时空气湿度不宜大于85%, 不应在有雷、雨、雾、雪及风速超过0.5 m/s的环境下进行检测。
当热像图有差异时, 应结合其他试验数据进行综合分析, 必要时进行带电测试或停电进行必要的电气试验, 确定设备的缺陷。当热像图有明显差异, 而相间或对应点的温差值又超过规定的允许温差值时, 应立即停电, 避免故障的扩大, 但同时要注意排除设备表面污秽的影响。
2 红外测温应用实例
2.1 发现设备发热
2011年6月7日, 特巡测温时发现220 k V三栋站#2主变变高2M侧22022刀闸B相静触头发热97.4℃, A相33.6℃, C相36.3℃, 环境温度:34℃。此刻#2主变变高间隔对应有功为130.02 MW, 无功为25.55 Mvar;变高侧电流为355.9 A。应用FLIR Quick Report专业软件对测温图片进行分析, 初步判断22022刀闸B相静触头存在外部缺陷。如图2所示。
2.2 进行分析计算
根据参考文献[2]规定, 对电流致热型设备, 2个对应测点之间的温差与其中较热点的温升之比的百分数相对温差δt可用下式求出:
式中, τ1和T1为发热点的温升和温度;τ2和T2为正常相对应点的温升和温度;T0为环境参照体的温度。
本例T2取刀闸A相和C相实测正常值的平均值。代入T1=97.4℃, T2=35℃, T0=34℃, 得出相对温差δt=98.4%≥95%, 达到紧急缺陷标准。
2.3 停电检查消缺
运行人员将该紧急缺陷及红外测温图片立即提交给运行管理部门并报告调度部门, 按照调度停电命令, 于次日清晨将旁路2030开关代#2主变变高2202开关运行, 2202开关由运行转检修, 接着将2M负荷倒至1M运行, 最后将2M转检修。检修人员现场观察确认不是刀闸合闸不到位的问题后, 登到22022刀闸B相静触头处详细检查后发现静触头连接杆严重氧化, 马上对其进行打磨、涂导电膏、加固等处理, 并将刀闸更换工作列入技改计划, 从而成功消除了一起重大生产隐患, 确保了电网的安全稳定运行。
2.4 其他应用实例
110 k V马庄站#1主变油温高告警, 上层油温83℃, 变低套管升高底座发热97.4℃, 有功38 MW, 无功7.2 Mvar, 变高电流206 A, 变低电流2 172 A, 冷却装置正常投入。运行人员根据表面温度判断法, 对照有关规定的设备温度和温升极限, 结合环境条件和负荷大小进行分析判断, 得出#1主变变低套管升高底座存在一般缺陷, 立即通知相关部门处理。如图3所示。
3 存在问题及展望
尽管非接触式红外测温仪在变电站故障检测中有着广泛的适应性, 但也有局限性, 这是由红外诊断方法的原理决定的。因为红外辐射在固体中的穿透能力极其微弱, 所以对于变电站大型复杂设备内部的某些故障, 假如其故障发热功率太小, 或故障部位距设备表面太远导致热量的横向传递过弱, 使故障发热不能在设备表面产生明显的特征性响应, 或者因设备内部的热交换过程特别复杂, 致使内部的故障发热无法在设备的表面形成特征性热场分布。在这些情况下, 红外诊断就难以从设备外部监测到内部的运行状态 (除非在设备内部相关部位装设红外光纤) , 因而也就难以准确地进行故障诊断。这需要得到相关部门和从事该领域工作的科技工作者的重视, 并加大对其的技术研究和探索。
参考文献
[1]程玉兰.红外诊断现场使用技术[M].北京:机械工业出版社, 2003
[2]DL/T664—1999带电设备红外诊断技术应用导则[S]