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                  電力工業中的新型紅外溫度傳感器

                  2011-03-17 14:08:12 點擊數: 3424
                  電力是現代社會使用最為廣泛的二次能源,電力工業則是關系到國計民生的重要基礎產業和公用事業。不言而喻,傳感器相當于電力工業的視覺神經,是電力能夠安全、可靠運行和保質保量穩定供應的重要保障。
                  電力是現代社會使用最為廣泛的二次能源,電力工業則是關系到國計民生的重要基礎產業和公用事業。不言而喻,傳感器相當于電力工業的視覺神經,是電力能夠安全、可靠運行和保質保量穩定供應的重要保障。
                  在電力生產過程中,溫度測量與控制十分重要,溫度參數的準確測量對電能的輸出品質、生產效率和安全可靠的運行至關重要。目前,在電力生產和檢修過程中已逐漸開始采用先進的紅外溫度計等非傳統測溫傳感器,來代替傳統的熱電偶、熱電阻類的熱電式溫度傳感器,從而實現電力的生產過程或者重要設備的溫度監視和控制。
                  紅外溫度傳感器的原理和優點
                  紅外輻射俗稱紅外線,是指輻射波長大致為0.75-1000mm 頻譜范圍內的電磁波。紅外輻射的物理本質是熱輻射,當物體溫度處于絕對零度以上時,其內部帶電粒子的熱運動就會向外發射出紅外線。物體的溫度越高,輻射出來的紅外線就會越多,紅外輻射的能量也就越強。紅外溫度計是基于物體紅外輻射的能量大小及其波長的分布,與物體表面溫度的對應關系,并通過對物體自身輻射的紅外能量的測量,來準確地測定物體的表面溫度。
                  與熱電偶、熱電阻等常規溫度傳感器相比,紅外溫度計具有測溫范圍寬、壽命長、性能可靠、反應極快和非接觸性等諸多優點。另外,紅外溫度計還特別適合測量腐蝕性的介質和運動物體的溫度,而且不會破壞到被測對象的溫度場。
                  近年來,隨著微處理器芯片和紅外測溫傳感技術的迅速發展,紅外測溫傳感器的性能得到不斷的提高,其適用范圍已經可以覆蓋到低、中、高溫的不同區段。
                  電氣設施及過程測控中的中低溫紅外溫度傳感器
                  英國Calex電子公司生產的PyroCouple M系列微型化紅外溫度傳感器,其測溫范圍為-20℃~+500,精度可達讀數的±1%,重復性為讀數的±0.5%,響應時間是200ms,防護等級達 IP65,并可在環境溫度范圍為0℃~70℃和相對濕度為95%下的環境中使用,而且可以輸出電流、電壓或熱偶信號。在發電廠,其主要用于非接觸方式實時測量鍋爐空預器、匯流排、重要斷路器、電機軸承、電機繞組、變壓器繞組、UPS或其它電氣接頭處的溫度,并用來及時發現設備的熱點或連接故障等,從而提供電氣系統或設備的診斷、狀態檢修和維護等。
                  Fluke下屬的雷泰公司新推出的CM 系列的小型集成式紅外溫度計,其輸出信號為0-5V或J、K型熱電偶的連續信號和開關報警的觸點信號,并帶有RS232的數字通訊接口,探頭狀態以及自診斷顯示LED,專用于工業制造流程的連續溫度監視。在現場電磁干擾大的場合,可用于替代易受影響的普通熱電偶和熱電阻等。該溫度計響應時間快,可達 150ms,能夠實現疏水管線溫度、疏水袋溫差式水位和抽氣管線積水的探測等場合的實時監測功能,完全可以滿足電廠的防進水保護,以及檢測的快速響應時間和可靠性要求。
                  爐膛應用中的紅外高溫計
                  一般測量高溫(700以上)的紅外溫度計,它的有用波段主要在0.76~3mm的近紅外區,透射的光學材料主要是選用光學玻璃或石英等。
                  雷泰公司生產的Marathon 系列紅外測溫儀是專為惡劣的工業環境應用所設計的工業級產品,測溫范圍為-40℃~3000℃,這款紅外測濕儀擁有高性能的光學鏡頭,光學分辨率最高可達 300:1,響應時間有2ms、60ms和120ms三種可選,并具備IP65的防護等級,可以防止安裝、設置和使用過程中的污染和損傷。而且帶標準的模擬量、數字量和分布式的繼電器輸出,能夠同時傳輸數據、報警觸發和控制信號。內置智能型的電路盒以及易于使用的操作界面等。此外,該紅外測溫儀堅固的不銹鋼外殼也可以確保在苛刻的工業環境下能夠安全使用。
                  通過電廠的鍋爐爐膛和后爐膛區的溫度,不僅可以直接反應出其內燃料的燃燒強度的大小,燃燒過程中的效率優劣,而且還能間接地影響到鍋爐的受熱面以及后續流程(如脫硝、灰份的控制等)的正常運行。從電廠的安全控制和效率角度來看,爐膛區的溫度是十分重要的,而且需要運行監視的關鍵參數。在歐洲,有相當一部分電廠或鍋爐的制造商(如法國Stein鍋爐)即采用上述類型的紅外光學高溫計,用來測量大型的鍋爐爐膛斷面的煙氣溫度,并借此實現鍋爐的全爐膛的火焰檢測和爐膛滅火的保護功能。
                   紅外成像儀的應用優勢
                  在電廠,運行或檢修人員不僅需要知道被控對象表面的平均溫度,有時更需要知曉被監測對象的溫度場的分布情況,以便分析和研究運行是否正常,內部結構是否存在缺陷等。與先前敘述的點式紅外測溫傳感器不同,紅外成像儀則是采用面式測溫方式,能將對象的溫度場的分布以圖像形式直觀地顯示出來,以滿足溫度場監視的需要。
                  紅外成像儀主要是檢測波長范圍在0.9~14mm 內的紅外電磁頻譜區的輻射量,通過熱圖像技術,給出熱輻射體的溫度值及溫度場分布圖,并轉換成可見的熱圖像。大多數的成像儀不是采用常規的CCD或 CMOS傳感元件,而是采用特殊的FPA(焦平面陣列),以感應更長的波長段。最常用的FPA有InSb,InGaAs,HgCdTe和QWIP等。目前,世界上最先進的紅外成像儀的溫度靈敏度可高達 0.03。
                  在實際使用紅外熱像儀時,只需要將熱范圍、熱水平、大氣溫度、環境溫度、被測物體的發射率以及測量距離等相關的參數輸入到儀表內嵌計算機,就可以自動地得出溫度分布等結果。
                  紅外成像儀可以快捷和準確地探測電氣設備的接頭松動或不良接觸、負荷不平衡、過載、過熱等隱患(這些隱患可能造成的潛在危害是產生電弧、短路、設備起火或燒毀,以致釀成更加嚴重的事故或火災等)。對于所有可以直接看見的設備,紅外成像儀能夠確定所有連接點的熱隱患,而對于那些由于遮蔽導致無法直接看到的部分,則可以根據其熱量傳導到外面部件上的情況來發現其潛在的隱患。這種情況對傳統的檢測方法來說,除解體檢查外,沒有其它更好的辦法。由此可見,在斷路器、導體、母線以及其它部件的運行測試方面,紅外成像儀的作用是無可取代的。
                  另外,紅外成像儀也可以很容易地探測到輸電或供電回路過載或三相負載的不平衡情況。
                  紅外成像儀的檢測實例
                  在美國,有幾十家公司能夠提供紅外成像儀的檢查服務,他們可以為電力客戶的所有電氣設備、配電系統,包括高壓接觸器、熔斷器盤、主電源斷路器盤、接觸器以及所有的配電線、電動機和變壓器等來進行紅外成像儀的檢查,以保證客戶所有運行的電氣設備不存在潛伏性的熱隱患,并能夠有效地防止火災事故的發生。圖4為利用成像儀可以輕松地檢測出左側熔斷器工作異常的紅外熱圖像。
                  此外,紅外成像儀還可通過用于監視鍋爐爐膛的火焰和汽包的水位,來判定設備冷卻管是否堵塞不暢、汽輪發電機組或風機/ 泵組/電機等軸承溫度是否過高、疏水管線的疏水是否流暢、調節閥/關斷閥等是否存在內部泄漏、工藝管道或容器運行是否正常、危險或有害氣體是否外漏等非正,F象。例如,SF6(六氟化硫)是一種溫室氣體,其溫室效應是CO2氣體有害程度的23900倍。而且由于它具有絕緣強度高,熱傳導性能良好和優異的滅弧性能等優點,因此,在高電壓的設備中普遍采用SF6氣體作為絕緣和滅弧介質。美國FLIR公司所生產的 GasfindIR LW氣體高敏感度式的紅外成像儀,就可以檢測出20余種溫室或揮發性的有機化合物氣體的泄漏或排放,也能用于實時檢測電力設備是否存在SF6的泄漏,從而用以保護人類賴以生存的地球環境。1
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