Pengukuran suhu non-kontak selama pengoperasian peralatan listrik

Semua peralatan listrik bekerja dengan melewatkan arus listrik melaluinya, yang selanjutnya memanaskan kabel dan peralatan. Dalam hal ini, selama operasi normal, keseimbangan dibuat antara menaikkan suhu dan membuang sebagiannya ke lingkungan.

Jika kualitas kontak rusak, kondisi aliran saat ini memburuk dan suhu naik, yang dapat menyebabkan kegagalan fungsi. Oleh karena itu, dalam perangkat listrik yang kompleks, terutama peralatan bertegangan tinggi dari perusahaan listrik, dilakukan pemantauan berkala terhadap pemanasan bagian aktif.

Untuk perangkat tegangan tinggi, pengukuran dilakukan dengan metode non-kontak pada jarak yang aman.

Prinsip pengukuran suhu jarak jauh

Setiap tubuh fisik memiliki gerakan atom dan molekul yang disertai dengan pancaran gelombang elektromagnetik… Suhu benda mempengaruhi intensitas proses ini, dan nilainya dapat diperkirakan dengan nilai aliran kalor.

Pengukuran suhu non-kontak didasarkan pada prinsip ini.

Sumber probe dengan suhu «T» memancarkan fluks panas «F» di ruang sekitarnya, yang dirasakan oleh sensor termal yang terletak jauh dari sumber panas. Setelah itu, sinyal yang diubah oleh sirkuit internal ditampilkan pada panel informasi «I».

Perangkat untuk mengukur suhu, yang mengukurnya dengan radiasi inframerah, disebut termometer inframerah atau nama singkatnya «pirometer».

Untuk pengoperasian yang akurat, penting untuk menentukan rentang pengukuran dengan benar pada skala gelombang elektromagnetik, yang merupakan area sekitar 0,5-20 mikron.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kualitas pengukuran

Kesalahan pirometer tergantung pada sejumlah faktor:

1. permukaan bidang objek yang diamati harus berada di bidang pengamatan langsung;
2. debu, kabut, uap, dan benda lain antara sensor panas dan sumber panas melemahkan sinyal, serta jejak kotoran pada optik;
3. struktur dan kondisi permukaan benda yang diperiksa mempengaruhi intensitas fluks infra merah dan pembacaan termometer.

Apakah faktor ketiga menjelaskan grafik perubahan emisivitas? dari panjang gelombang.

Ini menunjukkan karakteristik pemancar hitam, abu-abu dan warna.

Kemampuan radiasi infra merah Фs dari bahan hitam diambil sebagai dasar untuk membandingkan produk lain dan diambil sama dengan 1. Koefisien semua zat nyata lainnya ФR menjadi kurang dari 1.

Dalam praktiknya, pirometer mengubah radiasi benda nyata menjadi parameter emitor ideal.

Pengukuran juga dipengaruhi oleh:

• panjang gelombang spektrum inframerah tempat pengukuran dilakukan;

• temperatur zat uji.

Cara kerja pengukur suhu non-kontak

Menurut metode keluaran informasi dan pemrosesannya, perangkat untuk kendali jarak jauh dari pemanasan permukaan dibagi menjadi:

• pirometer;

• pencitra termal.

Perangkat pirometer

Secara konvensional, komposisi perangkat ini dapat disajikan blok demi blok:

• sensor inframerah dengan sistem optik dan panduan cahaya reflektif;

• sirkuit elektronik yang mengubah sinyal yang diterima;

• tampilan yang menunjukkan suhu;

• tombol daya.

Aliran radiasi termal difokuskan oleh sistem optik dan diarahkan oleh cermin ke sensor untuk konversi utama energi panas menjadi sinyal listrik dengan nilai tegangan sebanding dengan radiasi infra merah.

Konversi sekunder dari sinyal listrik terjadi pada perangkat elektronik, setelah itu modul pengukuran dan pelaporan menampilkan informasi pada layar, sebagai aturan, dalam bentuk digital.

Sekilas, tampaknya pengguna perlu mengukur suhu objek jarak jauh:

• nyalakan perangkat dengan menekan tombol;

• menentukan objek yang akan diselidiki;

• mengambil deposisi.

Namun, untuk pengukuran yang akurat, perlu tidak hanya memperhitungkan faktor-faktor yang memengaruhi pembacaan, tetapi juga memilih jarak yang tepat ke objek, yang ditentukan oleh resolusi optik perangkat.

Pyrometer memiliki sudut pandang yang berbeda, yang karakteristiknya, untuk kenyamanan pengguna, dipilih untuk hubungan antara jarak ke objek pengukuran dan area jangkauan permukaan yang dikontrol. Sebagai contoh, gambar menunjukkan rasio 10:1.

Karena karakteristik ini berbanding lurus satu sama lain, untuk pengukuran suhu yang akurat, tidak hanya perlu mengarahkan perangkat ke objek dengan benar, tetapi juga memilih jarak untuk memilih area area yang diukur.

Sistem optik kemudian akan memproses fluks panas dari permukaan yang diinginkan tanpa mempertimbangkan efek radiasi dari objek di sekitarnya.

Untuk tujuan ini, model pirometer yang ditingkatkan dilengkapi dengan sebutan laser yang membantu mengarahkan sensor termal ke objek dan memfasilitasi penentuan area permukaan yang diamati. Mereka dapat memiliki prinsip operasi yang berbeda dan memiliki akurasi penargetan yang berbeda.

Satu sinar laser hanya menunjukkan lokasi pusat area yang dikendalikan dan memungkinkan untuk menentukan batas-batasnya secara tidak tepat. Sumbunya diimbangi relatif terhadap pusat sistem optik pirometer. Ini memperkenalkan kesalahan paralaks.

Metode koaksial tidak memiliki kekurangan ini - sinar laser bertepatan dengan sumbu optik perangkat dan secara akurat menunjukkan pusat area yang diukur, tetapi tidak menentukan batasnya.

Indikasi dimensi area yang dikontrol disediakan dalam penunjuk target dengan sinar laser ganda... Tetapi pada jarak kecil ke objek, kesalahan diperbolehkan karena penyempitan awal area sensitivitas. Kerugian ini sangat terasa pada lensa dengan panjang fokus pendek.

Penunjukan laser silang meningkatkan akurasi pirometer yang dilengkapi dengan lensa fokus pendek.

Sinar laser melingkar tunggal memungkinkan Anda untuk menentukan area pengamatan, tetapi juga memiliki paralaks dan melebih-lebihkan pembacaan perangkat pada jarak pendek.

Penunjuk laser presisi melingkar bekerja paling andal dan tidak memiliki semua kelemahan dari desain sebelumnya.

Pyrometers menampilkan informasi suhu menggunakan metode tampilan teks-numerik yang dapat dilengkapi dengan informasi lain.

Perangkat isolasi termal

Desain alat pengukur suhu ini menyerupai pirometer. Mereka memiliki sirkuit mikro hibrida sebagai elemen penerima aliran radiasi infra merah.

Dengan lapisan epitaxial fotosensitifnya, ia merasakan fluks IR melalui substrat yang sangat diolah dengan lapisan epitaxial fotosensitifnya.

Perangkat penerima imager termal dengan sirkuit mikro hybrid ditampilkan di foto.

Sensitivitas termal pencitra termal berdasarkan detektor matriks memungkinkan Anda mengukur suhu dengan akurasi 0,1 derajat. Tetapi perangkat semacam itu dengan akurasi tinggi digunakan dalam termograf instalasi stasioner laboratorium yang kompleks.

Semua metode bekerja dengan pencitraan termal dilakukan dengan cara yang sama seperti pada pirometer, tetapi gambar peralatan listrik ditampilkan di layarnya, disajikan dalam gamut warna yang direvisi, dengan mempertimbangkan keadaan pemanasan semua bagian.

Di sebelah gambar termal adalah skala untuk mengubah warna menjadi penggaris suhu.

Saat Anda membandingkan kinerja pirometer dan pencitra termal, Anda dapat melihat perbedaannya:

• pirometer menentukan suhu rata-rata di area yang diamatinya;

• imager termal memungkinkan Anda menilai pemanasan semua elemen penyusun yang terletak di area yang dipantaunya.

Fitur desain pengukur suhu non-kontak

Perangkat yang dijelaskan di atas diwakili oleh model seluler yang memungkinkan pengukuran suhu yang konsisten di banyak tempat pengoperasian peralatan listrik:

• input daya dan trafo pengukur dan sakelar;

• kontak pemisah yang beroperasi di bawah beban;

• rakitan sistem bus dan bagian switchgear tegangan tinggi;

• di tempat kabel penghubung saluran listrik overhead dan tempat pergantian sirkuit listrik lainnya.

Namun, dalam beberapa kasus saat melakukan operasi teknologi pada peralatan listrik, desain kompleks pengukur suhu non-kontak tidak diperlukan, dan sangat mungkin untuk mengatasi model sederhana yang dipasang secara permanen.

Contohnya adalah metode pengukuran resistansi belitan rotor generator saat bekerja dengan rangkaian eksitasi penyearah. Karena komponen AC besar diinduksi di dalamnya, kontrol pemanasannya dilakukan secara terus menerus.

Pengukuran jarak jauh dan tampilan suhu pada koil eksitasi dilakukan pada rotor yang berputar. Sensor termal secara permanen terletak di zona kontrol yang paling disukai dan merasakan sinar panas yang diarahkan ke sana. Sinyal yang diproses oleh sirkuit internal dikeluarkan ke perangkat tampilan informasi, yang mungkin dilengkapi dengan penunjuk dan skala.

Skema berdasarkan prinsip ini relatif sederhana dan dapat diandalkan.

Bergantung pada tujuannya, pirometer dan pencitra termal dibagi menjadi beberapa perangkat:

• suhu tinggi, dirancang untuk mengukur benda yang sangat panas;

• suhu rendah, bahkan mampu mengontrol pendinginan bagian selama pembekuan.

Desain pirometer modern dan pencitra termal dapat dilengkapi dengan sistem komunikasi dan transmisi informasi melalui bus RS-232 dengan komputer jarak jauh.