- 紅外溫度傳感器的原理和優(yōu)點
- 紅外成像儀的應用優(yōu)勢
- 紅外成像儀的檢測實例
電力是現(xiàn)代社會使用最為廣泛的二次能源，電力工業(yè)則是關(guān)系到國計民生的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)。不言而喻，傳感器相當于電力工業(yè)的視覺神經(jīng)，是電力能夠安全、可靠運行和保質(zhì)保量穩(wěn)定供應的重要保障。
在電力生產(chǎn)過程中，溫度測量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準確測量對電能的輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運行至關(guān)重要。目前，在電力生產(chǎn)和檢修過程中已逐漸開始采用先進的紅外溫度計等非傳統(tǒng)測溫傳感器，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶、熱電阻類的熱電式溫度傳感器，從而實現(xiàn)電力的生產(chǎn)過程或者重要設(shè)備的溫度監(jiān)視和控制。
紅外溫度傳感器的原理和優(yōu)點
紅外輻射俗稱紅外線，是指輻射波長大致為0.75-1000mm頻譜范圍內(nèi)的電磁波。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，當物體溫度處于絕對零度以上時，其內(nèi)部帶電粒子的熱運動就會向外發(fā)射出紅外線。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線就會越多，紅外輻射的能量也就越強。紅外溫度計是基于物體紅外輻射的能量大小及其波長的分布，與物體表面溫度的對應關(guān)系，并通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，來準確地測定物體的表面溫度。
與熱電偶、熱電阻等常規(guī)溫度傳感器相比，紅外溫度計具有測溫范圍寬、壽命長、性能可靠、反應極快和非接觸性等諸多優(yōu)點。另外，紅外溫度計還特別適合測量腐蝕性的介質(zhì)和運動物體的溫度，而且不會破壞到被測對象的溫度場。
近年來，隨著微處理器芯片和紅外測溫傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外測溫傳感器的性能得到不斷的提高，其適用范圍已經(jīng)可以覆蓋到低、中、高溫的不同區(qū)段。
電氣設(shè)施及過程測控中的中低溫紅外溫度傳感器
英國Calex電子公司生產(chǎn)的PyroCoupleM系列微型化紅外溫度傳感器，其測溫范圍為-20℃～+500℃，精度可達讀數(shù)的±1%，重復性為讀數(shù)的±0.5%，響應時間是200ms，防護等級達IP65，并可在環(huán)境溫度范圍為0℃～70℃和相對濕度為95%下的環(huán)境中使用，而且可以輸出電流、電壓或熱偶信號。在發(fā)電廠，其主要用于非接觸方式實時測量鍋爐空預器、匯流排、重要斷路器、電機軸承、電機繞組、變壓器繞組、UPS或其它電氣接頭處的溫度，并用來及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱點或連接故障等，從而提供電氣系統(tǒng)或設(shè)備的診斷、狀態(tài)檢修和維護等。
Fluke下屬的雷泰公司新推出的CM系列的小型集成式紅外溫度計，其輸出信號為0-5V或J、K型熱電偶的連續(xù)信號和開關(guān)報警的觸點信號，并帶有RS232的數(shù)字通訊接口，探頭狀態(tài)以及自診斷顯示LED，專用于工業(yè)制造流程的連續(xù)溫度監(jiān)視。在現(xiàn)場電磁干擾大的場合，可用于替代易受影響的普通熱電偶和熱電阻等。該溫度計響應時間快，可達150ms，能夠?qū)崿F(xiàn)疏水管線溫度、疏水袋溫差式水位和抽氣管線積水的探測等場合的實時監(jiān)測功能，完全可以滿足電廠的防進水保護，以及檢測的快速響應時間和可靠性要求。
爐膛應用中的紅外高溫計
一般測量高溫(700℃以上)的紅外溫度計，它的有用波段主要在0.76～3mm的近紅外區(qū)，透射的光學材料主要是選用光學玻璃或石英等。
雷泰公司生產(chǎn)的Marathon系列紅外測溫儀是專為惡劣的工業(yè)環(huán)境應用所設(shè)計的工業(yè)級產(chǎn)品，測溫范圍為-40℃～3000℃，這款紅外測濕儀擁有高性能的光學鏡頭，光學分辨率最高可達300:1，響應時間有2ms、60ms和120ms三種可選，并具備IP65的防護等級，可以防止安裝、設(shè)置和使用過程中的污染和損傷。而且?guī)藴实哪M量、數(shù)字量和分布式的繼電器輸出，能夠同時傳輸數(shù)據(jù)、報警觸發(fā)和控制信號。內(nèi)置智能型的電路盒以及易于使用的操作界面等。此外，該紅外測溫儀堅固的不銹鋼外殼也可以確保在苛刻的工業(yè)環(huán)境下能夠安全使用。
通過電廠的鍋爐爐膛和后爐膛區(qū)的溫度，不僅可以直接反應出其內(nèi)燃料的燃燒強度的大小，燃燒過程中的效率優(yōu)劣，而且還能間接地影響到鍋爐的受熱面以及后續(xù)流程(如脫硝、灰份的控制等)的正常運行。從電廠的安全控制和效率角度來看，爐膛區(qū)的溫度是十分重要的，而且需要運行監(jiān)視的關(guān)鍵參數(shù)。在歐洲，有相當一部分電廠或鍋爐的制造商(如法國Stein鍋爐)即采用上述類型的紅外光學高溫計，用來測量大型的鍋爐爐膛斷面的煙氣溫度，并借此實現(xiàn)鍋爐的全爐膛的火焰檢測和爐膛滅火的保護功能。
紅外成像儀的應用優(yōu)勢
在電廠，運行或檢修人員不僅需要知道被控對象表面的平均溫度，有時更需要知曉被監(jiān)測對象的溫度場的分布情況，以便分析和研究運行是否正常，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是否存在缺陷等。與先前敘述的點式紅外測溫傳感器不同，紅外成像儀則是采用面式測溫方式，能將對象的溫度場的分布以圖像形式直觀地顯示出來，以滿足溫度場監(jiān)視的需要。
紅外成像儀主要是檢測波長范圍在0.9～14mm內(nèi)的紅外電磁頻譜區(qū)的輻射量，通過熱圖像技術(shù)，給出熱輻射體的溫度值及溫度場分布圖，并轉(zhuǎn)換成可見的熱圖像。大多數(shù)的成像儀不是采用常規(guī)的CCD或CMOS傳感元件，而是采用特殊的FPA(焦平面陣列)，以感應更長的波長段。最常用的FPA有InSb，InGaAs，HgCdTe和QWIP等。目前，世界上最先進的紅外成像儀的溫度靈敏度可高達0.03℃。
在實際使用紅外熱像儀時，只需要將熱范圍、熱水平、大氣溫度、環(huán)境溫度、被測物體的發(fā)射率以及測量距離等相關(guān)的參數(shù)輸入到儀表內(nèi)嵌計算機，就可以自動地得出溫度分布等結(jié)果。
紅外成像儀可以快捷和準確地探測電氣設(shè)備的接頭松動或不良接觸、負荷不平衡、過載、過熱等隱患(這些隱患可能造成的潛在危害是產(chǎn)生電弧、短路、設(shè)備起火或燒毀，以致釀成更加嚴重的事故或火災等)。對于所有可以直接看見的設(shè)備，紅外成像儀能夠確定所有連接點的熱隱患，而對于那些由于遮蔽導致無法直接看到的部分，則可以根據(jù)其熱量傳導到外面部件上的情況來發(fā)現(xiàn)其潛在的隱患。這種情況對傳統(tǒng)的檢測方法來說，除解體檢查外，沒有其它更好的辦法。由此可見，在斷路器、導體、母線以及其它部件的運行測試方面，紅外成像儀的作用是無可取代的。
另外，紅外成像儀也可以很容易地探測到輸電或供電回路過載或三相負載的不平衡情況。
紅外成像儀的檢測實例
在美國，有幾十家公司能夠提供紅外成像儀的檢查服務，他們可以為電力客戶的所有電氣設(shè)備、配電系統(tǒng)，包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器以及所有的配電線、電動機和變壓器等來進行紅外成像儀的檢查，以保證客戶所有運行的電氣設(shè)備不存在潛伏性的熱隱患，并能夠有效地防止火災事故的發(fā)生。圖4為利用成像儀可以輕松地檢測出左側(cè)熔斷器工作異常的紅外熱圖像。
此外，紅外成像儀還可通過用于監(jiān)視鍋爐爐膛的火焰和汽包的水位，來判定設(shè)備冷卻管是否堵塞不暢、汽輪發(fā)電機組或風機/泵組/電機等軸承溫度是否過高、疏水管線的疏水是否流暢、調(diào)節(jié)閥/關(guān)斷閥等是否存在內(nèi)部泄漏、工藝管道或容器運行是否正常、危險或有害氣體是否外漏等非正?，F(xiàn)象。例如，SF6(六氟化硫)是一種溫室氣體，其溫室效應是CO2氣體有害程度的23900倍。而且由于它具有絕緣強度高，熱傳導性能良好和優(yōu)異的滅弧性能等優(yōu)點，因此，在高電壓的設(shè)備中普遍采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質(zhì)。美國FLIR公司所生產(chǎn)的GasfindIRLW氣體高敏感度式的紅外成像儀，就可以檢測出20余種溫室或揮發(fā)性的有機化合物氣體的泄漏或排放，也能用于實時檢測電力設(shè)備是否存在SF6的泄漏，從而用以保護人類賴以生存的地球環(huán)境。
