電力工業(yè)中的新型紅外溫度傳感器

    在電力生產(chǎn)過(guò)程中，溫度測(cè)量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)電能的輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運(yùn)行至關(guān)重要。目前，在電力生產(chǎn)和檢修過(guò)程中已逐漸開(kāi)始采用先進(jìn)的紅外溫度計(jì)等非傳統(tǒng)測(cè)溫傳感器，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶、熱電阻類(lèi)熱電式溫度傳感器，從而實(shí)現(xiàn)電力的生產(chǎn)過(guò)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(diǎn)紅外輻射俗稱紅外線，是指輻射波長(zhǎng)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(dāng)物體溫度處于絕對(duì)零度以上時(shí)，其內(nèi)部帶電粒子的熱運(yùn)動(dòng)就會(huì)向外發(fā)射出紅外線。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線就會(huì)越多，紅外輻射的能量也就越強(qiáng)。

   紅外溫度計(jì)是基于物體紅外輻射的能量大小及其波長(zhǎng)的分布，與物體表面溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)對(duì)物體自身輻射的紅外能量的測(cè)量，來(lái)準(zhǔn)確地測(cè)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(jì)具有測(cè)溫范圍寬、壽命長(zhǎng)、性能可靠、反應(yīng)極快和非接觸性等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，紅外溫度計(jì)還特別適合測(cè)量腐蝕性的介質(zhì)和運(yùn)動(dòng)物體的溫度，而且不會(huì)破壞到被測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)。近年來(lái)，隨著微處理器芯片和紅外測(cè)溫傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外測(cè)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(guò)程測(cè)控中的中、低溫紅外溫度傳感器英國(guó) Calex 電子公司生產(chǎn)的 PyroCoupleM 系列微型化紅外溫度傳感器，其測(cè)溫范圍為- 20℃～+500℃，精度可達(dá)讀數(shù)的±1%，重復(fù)性為讀數(shù)的±0.5%，響應(yīng)時(shí)間是200ms，防護(hù)等級(jí)達(dá)IP65，并可在環(huán)境溫度范圍為0～70℃和相對(duì)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(hào)。在發(fā)電廠，其主要用于非接觸方式實(shí)時(shí)測(cè)量鍋爐空預(yù)器、匯流排、重要斷路器、電機(jī)軸承、電機(jī)繞組、變壓器繞組、UPS 或其它電氣接頭處的溫度，并用來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱點(diǎn)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(hù)等。爐膛應(yīng)用中的紅外高溫計(jì)一般測(cè)量高溫(700℃以上)的紅外溫度計(jì)，它的有用波段主要在 0.76～3mm 的近紅外區(qū)，透射的光學(xué)材料主要是選用光學(xué)玻璃或石英等。雷泰公司生產(chǎn)的 Marathon 系列紅外測(cè)溫儀是專(zhuān)為惡劣的工業(yè)環(huán)境應(yīng)用所設(shè)計(jì)的工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，測(cè)溫范圍為 - 40℃～3000℃，這款紅外測(cè)溫儀擁有高性能的光學(xué)鏡頭，光學(xué)分辨率最高可達(dá) 300:1，響應(yīng)時(shí)間有 2ms、60ms和 120ms三種可選，并具備IP65 的防護(hù)等級(jí)，可以防止安裝、設(shè)置和使用過(guò)程中的污染和損傷。而且?guī)?biāo)準(zhǔn)的模擬量、數(shù)字量和分布式的繼電器輸出，能夠同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、報(bào)警觸發(fā)和控制信號(hào)。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(cè)溫儀堅(jiān)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。紅外成像儀的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在電廠，運(yùn)行或檢修人員不僅需要知道被控對(duì)象表面的平均溫度，有時(shí)更需要知曉被監(jiān)測(cè)對(duì)象的溫度場(chǎng)的分布情況，以便分析和研究運(yùn)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(diǎn)式紅外測(cè)溫傳感器不同，紅外成像儀則是采用面式測(cè)溫方式，能將對(duì)象的溫度場(chǎng)分布以圖像形式直觀地顯示出來(lái)，以滿足溫度場(chǎng)監(jiān)視的需要。

    紅外成像儀主要是檢測(cè)波長(zhǎng)范圍在0.9～14mm 內(nèi)的紅外電磁頻譜區(qū)的輻射量，通過(guò)熱圖像技術(shù)，給出熱輻射體的溫度值及溫度場(chǎng)分布圖，并轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)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(yīng)更長(zhǎng)的波長(zhǎng)段。最常用的FPA有InSb、InGaAs、HgCdTe和QWIP等。目前，世界上最先進(jìn)的紅外成像儀的溫度靈敏度高達(dá)0.03℃。

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