Medição de temperatura sem contato durante a operação de equipamentos elétricos

Todos os aparelhos elétricos funcionam passando uma corrente elétrica por eles, o que aquece ainda mais os fios e equipamentos. Nesse caso, durante a operação normal, cria-se um equilíbrio entre o aumento da temperatura e a remoção de parte dela para o ambiente.

Se a qualidade do contato for defeituosa, as condições de fluxo atual se deterioram e a temperatura aumenta, o que pode causar mau funcionamento. Portanto, em dispositivos elétricos complexos, especialmente equipamentos de alta tensão de empresas de energia, é realizado monitoramento periódico do aquecimento de partes vivas.

Para dispositivos de alta tensão, as medições são feitas sem contato a uma distância segura.

Princípios de medição remota de temperatura

Todo corpo físico tem um movimento de átomos e moléculas que é acompanhado por emissão de ondas eletromagnéticas… A temperatura do objeto afeta a intensidade desses processos, e seu valor pode ser estimado pelo valor do fluxo de calor.

A medição de temperatura sem contato é baseada neste princípio.

Uma fonte de sonda com uma temperatura «T» emite um fluxo de calor «F» no espaço circundante, que é percebido por um sensor térmico localizado a uma distância da fonte de calor. Depois disso, o sinal convertido pelo circuito interno é exibido no painel de informações «I».

Os dispositivos para medir a temperatura, que a medem por radiação infravermelha, são chamados termômetros infravermelhos ou seu nome abreviado «pirômetros».

Para sua operação precisa, é importante determinar corretamente a faixa de medição na escala de ondas eletromagnéticas, que é uma área de aproximadamente 0,5 a 20 mícrons.

Fatores que afetam a qualidade da medição

O erro dos pirômetros depende de vários fatores:

1. a superfície da área observada do objeto deve estar na área de observação direta;
2. poeira, neblina, vapor e outros objetos entre o sensor de calor e a fonte de calor enfraquecem o sinal, assim como vestígios de sujeira na ótica;
3. a estrutura e a condição da superfície do corpo examinado afetam a intensidade do fluxo infravermelho e as leituras do termômetro.

O terceiro fator explica o gráfico de mudança na emissividade? do comprimento de onda.

Demonstra as características dos emissores preto, cinza e colorido.

A capacidade da radiação infravermelha Фs de um material preto é tomada como base para comparar outros produtos e é considerada igual a 1. Os coeficientes de todas as outras substâncias reais ФR tornam-se menores que 1.

Na prática, os pirômetros convertem a radiação de objetos reais nos parâmetros de um emissor ideal.

A medição também é afetada por:

• o comprimento de onda do espectro infravermelho no qual a medição é feita;

• temperatura da substância de teste.

Como funciona um medidor de temperatura sem contato

De acordo com o método de saída de informações e seu processamento, os dispositivos para controle remoto do aquecimento da superfície são divididos em:

• pirômetros;

• termovisores.

dispositivo de pirômetro

Convencionalmente, a composição desses dispositivos pode ser apresentada bloco a bloco:

• sensor infravermelho com sistema óptico e guia de luz reflexiva;

• um circuito eletrônico que converte o sinal recebido;

• um display que mostra a temperatura;

• o botão liga/desliga.

O fluxo de radiação térmica é focalizado por um sistema óptico e direcionado por espelhos a um sensor para a conversão primária de energia térmica em sinal elétrico com valor de tensão proporcional à radiação infravermelha.

A conversão secundária do sinal elétrico ocorre no dispositivo eletrônico, após o que o módulo de medição e relatório exibe as informações no display, via de regra, em forma digital.

À primeira vista, parece que o usuário precisa medir a temperatura de um objeto remoto:

• ligue o dispositivo pressionando o botão;

• especificar o objeto a ser investigado;

• tomar um depoimento.

No entanto, para uma medição precisa, é necessário não apenas levar em consideração os fatores que afetam as leituras, mas também escolher a distância correta do objeto, que é determinada pela resolução óptica do dispositivo.

Os pirômetros possuem diferentes ângulos de visão, cujas características, para comodidade dos usuários, são selecionadas pela relação entre a distância ao objeto de medição e a área de cobertura da superfície controlada. Como exemplo, a imagem mostra uma proporção de 10:1.

Como essas características são diretamente proporcionais entre si, para uma medição precisa da temperatura, é necessário não apenas apontar corretamente o dispositivo para o objeto, mas também escolher a distância para escolher a área da área medida.

O sistema óptico então processará o fluxo de calor da superfície desejada sem considerar o efeito da radiação dos objetos circundantes.

Para isso, modelos aprimorados de pirômetros são equipados com designações de laser que ajudam a direcionar o sensor térmico para o objeto e facilitam a determinação da área da superfície observada. Eles podem ter princípios operacionais diferentes e precisão de direcionamento diferente.

Um único feixe de laser indica apenas aproximadamente a localização do centro da área controlada e permite determinar seus limites com precisão. Seu eixo é deslocado em relação ao centro do sistema óptico do pirômetro. Isso introduz um erro de paralaxe.

Um método coaxial não tem essa desvantagem - o feixe de laser coincide com o eixo óptico do dispositivo e indica com precisão o centro da área medida, mas não determina seus limites.

Uma indicação das dimensões da área controlada é fornecida no ponteiro do alvo com um feixe duplo de laser... Mas a pequenas distâncias do objeto, é permitido um erro devido ao estreitamento inicial da área de sensibilidade. Essa desvantagem é muito pronunciada com lentes com distância focal curta.

As designações de laser cruzado melhoram a precisão dos pirômetros equipados com lentes de foco curto.

Um único feixe de laser circular permite determinar a área de observação, mas também possui paralaxe e superestima as leituras do dispositivo em distâncias curtas.

Um designador de laser de precisão circular funciona de forma mais confiável e é desprovido de todas as desvantagens dos designs anteriores.

Os pirômetros exibem informações de temperatura usando um método de exibição de texto numérico que pode ser complementado com outras informações.

Dispositivo de isolamento térmico

O design desses dispositivos de medição de temperatura se assemelha ao dos pirômetros. Eles têm um microcircuito híbrido como elemento receptor do fluxo de radiação infravermelha.

Com sua camada epitaxial fotossensível, ele percebe o fluxo IR através de um substrato altamente dopado com sua camada epitaxial fotossensível.

O dispositivo do receptor de um termovisor com um microcircuito híbrido é mostrado na foto.

A sensibilidade térmica dos termovisores baseados em detectores de matriz permite medir a temperatura com uma precisão de 0,1 graus. Mas esses dispositivos com alta precisão são usados ​​\u200b\u200bem termógrafos de instalações estacionárias de laboratório complexas.

Todos os métodos de trabalho com um termovisor são executados da mesma forma que com um pirômetro, mas uma imagem do equipamento elétrico é exibida em sua tela, já apresentada em uma gama de cores revisada, levando em consideração o estado de aquecimento de todas as peças.

Ao lado da imagem térmica há uma escala para converter as cores em uma régua de temperatura.

Ao comparar o desempenho de um pirômetro e um termovisor, você pode ver a diferença:

• o pirômetro determina a temperatura média na área que observa;

• o termovisor permite avaliar o aquecimento de todos os elementos constituintes localizados na área que monitora.

Recursos de design de medidores de temperatura sem contato

Os dispositivos descritos acima são representados por modelos móveis que permitem medições consistentes de temperatura em diversos locais de operação de equipamentos elétricos:

• entradas de transformadores e interruptores de potência e medição;

• contatos de seccionadores operando sob carga;

• montagens de sistemas de barramento e seções de aparelhagem de alta tensão;

• nos locais de conexão de fios de linhas aéreas de energia e outros locais de comutação de circuitos elétricos.

No entanto, em alguns casos, ao realizar operações tecnológicas em equipamentos elétricos, não são necessários projetos complexos de medidores de temperatura sem contato, e é perfeitamente possível lidar com modelos simples instalados permanentemente.

Um exemplo é o método de medição da resistência do enrolamento do rotor do gerador ao trabalhar com um circuito de excitação do retificador. Como grandes componentes AC são induzidos nele, o controle de seu aquecimento é realizado continuamente.

A medição remota e a exibição da temperatura na bobina de excitação são realizadas em um rotor rotativo. O sensor térmico está permanentemente localizado na zona de controle mais favorável e percebe os raios de calor direcionados a ele. O sinal processado pelo circuito interno é enviado para um dispositivo de exibição de informações, que pode ser equipado com um ponteiro e uma escala.

Esquemas baseados neste princípio são relativamente simples e confiáveis.

Dependendo da finalidade, pirômetros e termovisores são divididos em dispositivos:

• alta temperatura, projetado para medir objetos muito quentes;

• baixa temperatura, podendo controlar até mesmo o resfriamento das peças durante o congelamento.

Os projetos de pirômetros e termovisores modernos podem ser equipados com sistemas de comunicação e transmissão de informações através de barramento RS-232 com computadores remotos.