红外线测温仪的性能及应用

  仪器信息网 ·  2011-03-24 00:05  ·  14677 次点击
1、红外测温仪器的种类
红外测温仪器主要有3种类型:红外热像仪、红外热电视、红外测温仪(点温仪)。60年代我国研制成功第一台红外测温仪,1990年以后又陆续生产小目标、远距离、适合电业生产特点的测温仪器,如西光IRT-1200D型、HCW-Ⅲ型、HCW-Ⅴ型;YHCW-9400型;WHD4015型(双瞄准,目标D40mm,可达15m)、WFHX330型(光学瞄准,目标D50mm,可达30m)。美国生产的PM-20、30、40、50、HAS-201测温仪;瑞典AGA公司TPT20、30、40、50等也有较广泛的应用。DL-500E可以应用于110~500kV变电设备上,图像清晰,温度准确。红外热像仪,主要有日本TVS-2000、TVS-100,美国PM-250,瑞典AGA-THV510、550、570。近期,国产红外热像仪在昆明研制成功,实现了国产化。
2、红外测温仪工作原理
了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是用户正确地选择和使用红外测温仪的基础。红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量,视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外,还应考虑目标和测温仪所在的环境条件,如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法。
一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布——与它的表面温度有着十分密切的关系。因此,通过对物体自身辐射的红外能量的测量,便能准确地测定它的表面温度,这就是红外辐射测温所依据的客观基础。
黑体辐射定律:黑体是一种理想化的辐射体,它吸收所有波长的辐射能量,没有能量的反射和透过,其表面的发射率为1。应该指出,自然界中并不存在真正的黑体,但是为了弄清和获得红外辐射分布规律,在理论研究中必须选择合适的模型,这就是普朗克提出的体腔辐射的量子化振子模型,从而导出了普朗克黑体辐射的定律,即以波长表示的黑体光谱辐射度,这是一切红外辐射理论的出发点,故称黑体辐射定律。
物体发射率对辐射测温的影响:自然界中存在的实际物体,几乎都不是黑体。所有实际物体的辐射量除依赖于辐射波长及物体的温度之外,还与构成物体的材料种类、制备方法、热过程以及表面状态和环境条件等因素有关。因此,为使黑体辐射定律适用于所有实际物体,必须引入一个与材料性质及表面状态有关的比例系数,即发射率。该系数表示实际物体的热辐射与黑体辐射的接近程度,其值在零和小于1的数值之间。根据辐射定律,只要知道了材料的发射率,就知道了任何物体的红外辐射特性。
影响发射率的主要因纱在:材料种类、表面粗糙度、理化结构和材料厚度等。
当用红外辐射测温仪测量目标的温度时首先要测量出目标在其波段范围内的红外辐射量,然后由测温仪计算出被测目标的温度。单色测温仪与波段内的辐射量成比例;双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。
红外系统:红外测温仪由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量,视场的大小由测温仪的光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路,并按照仪器内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。
红外测温仪性能:
为了获得精确的温度读数,测温仪与测试目标之间的距离必须在合适的范围之内,所谓“光点尺寸”(spotsize)就是测温仪测量点的面积。您距离目标越远,光点尺寸就越大。右图所示为距离与光点尺寸的比率,或称D:S。在激光瞄准器型测温仪上,激光点在目标中心的上方,有12mm(0.47英寸)的偏置距离。
测量距离与光点尺寸
在定测量距离时,应确保目标直径等于或大于受测的光点尺寸。右图所标示的“1号物体”(object1)与测量仪之间的距离正,因为目标比被测光点尺寸略大一些。而“2号物体”距离太远,因为目标小于受测的光点尺寸,即测温仪同在测量背景物体,从而降低了读数的精确性。
红外测温仪正确选择:
电力:燃煤发电厂、燃气供热电厂、水电站、核电站、地区供热管网、大型电力变压器的温度保护和信号传送等。
冶金:铝厂、铜厂、钢厂等。
石化:采油、输油管路、石化厂、炼油厂。
一般工业:冷冻机厂、空调厂、冰箱厂、啤酒厂、制药厂、汽车厂。
温度元件制造厂:铂电阻、热电偶及补偿导线电缆、温度开关、温度传感器制造厂。
交通运输:机场的飞机维修、大型运输动力系统维修、远洋海运作为在役维修测量手段。
Aikom产品目前在中国市场推出的主要有二个系列(PD-1000/PD-2000)四种型号。PD-1025特点是采用半导体制冷技术,在摄氏20度环境温度下最低温度可以达到-25度,高温能达到105度。PD-2300的特点是槽体有效尺寸深,加热元件使用24V直流,安全性好和静电影响小,利用机内风扇冷却而不需要外压缩空气,采用锥形槽体和传热套管,热阻极小传热快,温场经过特殊补偿,温度范围为环境温度至摄氏400度。
PD-2800的特点是可以提供摄氏720度的高温源,升降温速度快,使用方便,操作简单,经济实用,特别适用于工业现场使用。但由于采肒型热电偶作为槽体测温元件,适用于高温而精度要求不高场稀?BR>PD-2600是Aikom公司最新推出的高精度,高稳定性,高温槽体,标定后的精度为正负0.3℃满量程非线性误差。它还可以通过选购一个软件,用以实现十段可编程升降温速率控制,用来模拟和实现工业现场实际工艺流程。也可以输入1-5V过程电压信号,用以改变槽体控温单元的设定值构成环路控制。总之,它是一台功能强大的计算机程控小型便携式恒温槽,是目前世界上同类产品中性能优异的代表作。
采用红外成像检测技术可以对正在运行的设备进行非接触检测,拍摄其温度场的分布、测量任何部位的温度值,据此对各种外部及内部故障进行诊断,具有实时、遥测、直观和定量测温等优点,用来检测发电厂、变电所和输电线路的运转设备和带电设备非常方便、有效。
利用热像仪检测在线电气设备的方法是红外温度记录法。红外温度记录法是工业上用来无损探测,检测设备性能和掌握其运行状态的一项新技术。与传统的测温方式(如热电偶、不同熔点的蜡片等放置在被测物表面或体内)相比,热像仪可在一定距离内实时、定量、在线检测发热点的温度,通过扫描,还可以绘出设备在运行中的温度梯度热像图,而且灵敏度高,不受电磁场干扰,便于现场使用。它可以在-20℃~2000℃的宽量程内以0.05℃的高分辨率检测电气设备的热致故障,揭示出如导线接头或线夹发热,以及电气设备中的局部过热点等等。
带电设备的红外诊断技术是一门新兴的学科。它是利用带电设备的致热效应,采用专用设备获取从设备表面发出的红外辐射信息,进而判断设备状况和缺陷性质的一门综合技术。

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