מדידת טמפרטורה ללא מגע במהלך פעולת ציוד חשמלי

כל המכשירים החשמליים פועלים על ידי העברת זרם חשמלי דרכם, אשר מחמם עוד יותר את החוטים והציוד. במקרה זה, במהלך פעולה רגילה, נוצר איזון בין הגברת הטמפרטורה לבין הוצאת חלק ממנה לסביבה.

אם איכות המגע פגומה, תנאי הזרימה הנוכחיים מתדרדרים והטמפרטורה עולה, מה שעלול לגרום לתקלה. לכן, במכשירים חשמליים מורכבים, במיוחד ציוד מתח גבוה של מפעלי חשמל, מתבצע ניטור תקופתי של חימום חלקים חיים.

עבור מכשירי מתח גבוה, המדידות מתבצעות בשיטה ללא מגע במרחק בטוח.

עקרונות של מדידת טמפרטורה מרחוק

לכל גוף פיזי יש תנועה של אטומים ומולקולות המלווה ב פליטת גלים אלקטרומגנטיים… טמפרטורת החפץ משפיעה על עוצמת התהליכים הללו, וניתן להעריך את ערכו לפי ערך זרימת החום.

מדידת טמפרטורה ללא מגע מבוססת על עיקרון זה.

מקור בדיקה עם טמפרטורה «T» פולט שטף חום «F» בחלל שמסביב, הנקלט על ידי חיישן תרמי הממוקם במרחק ממקור החום. לאחר מכן, האות שהומר על ידי המעגל הפנימי מוצג בלוח המידע «I».

מכשירים למדידת טמפרטורה, המודדים אותה באמצעות קרינת אינפרא אדום, נקראים מדי חום אינפרא אדום או בשמם המקוצר "פירומטרים".

לצורך פעולתם המדויקת, חשוב לקבוע נכון את טווח המדידה בסולם הגלים האלקטרומגנטיים, שהוא שטח של כ-0.5-20 מיקרון.

גורמים המשפיעים על איכות המדידה

השגיאה של פירומטרים תלויה במספר גורמים:

1. פני השטח של האובייקט הנצפה חייבים להיות באזור של תצפית ישירה;
2. אבק, ערפל, אדים וחפצים אחרים בין חיישן החום למקור החום מחלישים את האות, כמו גם עקבות של לכלוך על האופטיקה;
3. המבנה והמצב של פני השטח של הגוף הנבדק משפיעים על עוצמת שטף האינפרא אדום ועל קריאות המדחום.

האם הגורם השלישי מסביר את גרף השינוי בפליטה? של אורך הגל.

זה מדגים את המאפיינים של פולטי שחור, אפור וצבע.

היכולת של קרינת אינפרא אדום Фs של חומר שחור נלקחת כבסיס להשוואת מוצרים אחרים ונלקחת שווה ל-1. המקדמים של כל שאר החומרים האמיתיים ФR הופכים לפחות מ-1.

בפועל, פירומטרים ממירים את הקרינה של עצמים אמיתיים לפרמטרים של פולט אידיאלי.

המדידה מושפעת גם מ:

• אורך הגל של ספקטרום האינפרא אדום שבו מתבצעת המדידה;

• הטמפרטורה של החומר הנבדק.

כיצד פועל מד טמפרטורה ללא מגע

על פי שיטת פלט המידע ועיבודו, התקנים לשליטה מרחוק על חימום פני השטח מחולקים ל:

• פירומטרים;

• מצלמים תרמיים.

מכשיר פירומטר

באופן קונבנציונלי, ניתן להציג את ההרכב של מכשירים אלה בלוק אחר בלוק:

• חיישן אינפרא אדום עם מערכת אופטית ומנחה אור רפלקטיבי;

• מעגל אלקטרוני הממיר את האות המתקבל;

• תצוגה המראה את הטמפרטורה;

• כפתור ההפעלה.

זרימת הקרינה התרמית ממוקדת על ידי מערכת אופטית ומכוונת על ידי מראות לחיישן להמרה ראשונית של אנרגיה תרמית לאות חשמלי עם ערך מתח פרופורציונלי לקרינת האינפרה האדומה.

ההמרה המשנית של האות החשמלי מתרחשת במכשיר האלקטרוני, ולאחר מכן מודול המדידה והדיווח מציג מידע על הצג, ככלל, ב טופס דיגיטלי.

במבט ראשון, נראה שהמשתמש צריך למדוד את הטמפרטורה של אובייקט מרוחק:

• הפעל את המכשיר על ידי לחיצה על הכפתור;

• לציין את החפץ שייחקר;

• לקחת תצהיר.

עם זאת, עבור מדידה מדויקת, יש צורך לא רק לקחת בחשבון את הגורמים המשפיעים על הקריאות, אלא גם לבחור את המרחק הנכון לאובייקט, אשר נקבע על ידי הרזולוציה האופטית של המכשיר.

לפירומטרים יש זוויות צפייה שונות, שהמאפיינים שלהן, לנוחיות המשתמשים, נבחרים עבור הקשר בין המרחק לאובייקט המדידה ושטח הכיסוי של המשטח הנשלט. כדוגמה, התמונה מציגה יחס של 10:1.

מכיוון שמאפיינים אלה הם פרופורציונליים זה לזה, למדידת טמפרטורה מדויקת יש צורך לא רק לכוון נכון את המכשיר על האובייקט, אלא גם לבחור את המרחק כדי לבחור את השטח של השטח הנמדד.

לאחר מכן המערכת האופטית תעבד את שטף החום מהמשטח הרצוי מבלי להתחשב בהשפעה של קרינה מעצמים מסביב.

לשם כך, דגמים משופרים של פירומטרים מצוידים בייעודי לייזר המסייעים לכוון את החיישן התרמי לאובייקט ומקלים על קביעת שטח המשטח הנצפה. הם יכולים להיות בעלי עקרונות פעולה שונים ודיוק מיקוד שונה.

קרן לייזר בודדת מציינת רק בקירוב את מיקומו של מרכז האזור הנשלט ומאפשרת לקבוע את גבולותיו בצורה לא מדויקת. הציר שלו מוסט ביחס למרכז המערכת האופטית הפירומטרית. זה מציג שגיאת פרלקסה.

שיטה קואקסיאלית נטולת חסרון זה - קרן הלייזר חופפת לציר האופטי של המכשיר ומציינת במדויק את מרכז השטח הנמדד, אך אינה קובעת את גבולותיו.

חיווי על מידות השטח הנשלט מסופק במצביע המטרה עם קרן לייזר כפולה... אך במרחקים קטנים לעצם מותרת טעות עקב צמצום ראשוני של אזור הרגישות. חסרון זה בולט מאוד בעדשות בעלות אורך מוקד קצר.

ייעודי לייזר צולבים משפרים את הדיוק של פירומטרים המצוידים בעדשות פוקוס קצרות.

קרן לייזר עגולה אחת מאפשרת לקבוע את אזור התצפית, אך יש לה גם פרלקסה ומעריכה יתר על המידה את קריאות המכשיר במרחקים קצרים.

מייצב לייזר דיוק מעגלי עובד בצורה האמינה ביותר והוא נטול כל החסרונות של עיצובים קודמים.

פירומטרים מציגים מידע על טמפרטורה באמצעות שיטת תצוגה מספרית של טקסט שניתן להוסיף למידע אחר.

מכשיר בידוד תרמי

העיצוב של מכשירי מדידת טמפרטורה אלה דומה לזה של פירומטרים. יש להם מיקרו-מעגל היברידי כאלמנט קולט של זרם הקרינה האינפרא אדום.

עם השכבה האפיטקסיאלית הרגישה לאור שלו, הוא קולט שטף IR דרך מצע מסומם בכבדות עם השכבה האפיטקסיאלית הרגישה שלו.

המכשיר של המקלט של מדמיה תרמית עם מיקרו-מעגל היברידי מוצג בתמונה.

הרגישות התרמית של מצלמים תרמיים המבוססים על גלאי מטריצה ​​מאפשרת למדוד את הטמפרטורה בדיוק של 0.1 מעלות. אבל מכשירים כאלה עם דיוק גבוה משמשים תרמוגרפים של מתקנים נייחים מורכבים במעבדה.

כל שיטות העבודה עם מדמיה תרמית מבוצעות באותו אופן כמו עם פירומטר, אבל תמונה של ציוד חשמלי מוצגת על המסך שלו, המוצגת כבר בסולם צבעים מתוקן, תוך התחשבות במצב החימום של כל החלקים.

לצד התמונה התרמית יש קנה מידה להמרת צבעים לסרגל טמפרטורה.

כאשר אתה משווה את הביצועים של פירומטר וצילום תרמי, אתה יכול לראות את ההבדל:

• הפיירומטר קובע את הטמפרטורה הממוצעת באזור שבו הוא צופה;

• הדמיה התרמית מאפשרת לך להעריך את החימום של כל האלמנטים המרכיבים הנמצאים באזור שהוא מנטר.

תכונות עיצוב של מדי טמפרטורה ללא מגע

המכשירים המתוארים לעיל מיוצגים על ידי דגמים ניידים המאפשרים מדידות טמפרטורה עקביות במקומות רבים של הפעלה של ציוד חשמלי:

• כניסות של חשמל ושנאי מדידה ומתגים;

• מגעים של מנתקים הפועלים תחת עומס;

• מכלולים של מערכות אוטובוסים וחלקים של מיתוג מתח גבוה;

• במקומות של חוטי חיבור של קווי חשמל עיליים ומקומות אחרים של העברת מעגלים חשמליים.

עם זאת, במקרים מסוימים בעת ביצוע פעולות טכנולוגיות בציוד חשמלי, אין צורך בעיצובים מורכבים של מדי טמפרטורה ללא מגע, וניתן בהחלט להתמודד עם דגמים פשוטים המותקנים לצמיתות.

דוגמה לכך היא שיטת מדידת ההתנגדות של מתפתל רוטור הגנרטור בעת עבודה עם מעגל עירור מיישר. מכיוון שמרכיבים גדולים של AC מושרים בו, בקרת החימום שלו מתבצעת באופן רציף.

מדידה מרחוק והצגת טמפרטורה בסליל העירור מתבצעת על רוטור מסתובב. החיישן התרמי ממוקם באופן קבוע באזור הבקרה המועדף ביותר ותופס את קרני החום המכוונות אליו. האות המעובד על ידי המעגל הפנימי יוצא להתקן תצוגת מידע, שעשוי להיות מצויד במצביע ובקנה מידה.

תוכניות המבוססות על עיקרון זה הן פשוטות ואמינות יחסית.

בהתאם למטרה, פירומטרים ומצלמים תרמיים מחולקים להתקנים:

• טמפרטורה גבוהה, שנועדה למדוד חפצים חמים מאוד;

• טמפרטורה נמוכה, מסוגל לשלוט אפילו על קירור חלקים במהלך ההקפאה.

ניתן לצייד את העיצובים של פירומטרים מודרניים ומצלמים תרמיים במערכות תקשורת והעברת מידע באמצעותם אוטובוס RS-232 עם מחשבים מרוחקים.