電力工業(yè)中的新型紅外溫度傳感器
在電力生產(chǎn)過程中，溫度測量與控制十分重要，溫度參數(shù)的準(zhǔn)確測量對電能的輸出品質(zhì)、生產(chǎn)效率和安全可靠的運行至關(guān)重要。目前，在電力生產(chǎn)和檢修過程中已逐漸開始采用先進(jìn)的紅外溫度計等非傳統(tǒng)測溫傳感器，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱電偶、熱電阻類熱電式溫度傳感器，從而實現(xiàn)電力的生產(chǎn)過程或者重要設(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(nèi)的電磁波。紅外輻射的物理本質(zhì)是熱輻射，當(dāng)物體溫度處于絕對零度以上時，其內(nèi)部帶電粒子的熱運動就會向外發(fā)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(yīng)關(guān)系，并通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，來準(zhǔn)確地測定物體的表面溫度。與熱電偶、熱電阻等常規(guī)溫度傳感器相比，紅外溫度計具有測溫范圍寬、壽命長、性能可靠、反應(yīng)極快和非接觸性等諸多優(yōu)點。另外，紅外溫度計還特別適合測量腐蝕性的介質(zhì)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(shù)的迅速發(fā)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(jīng)可以覆蓋到低、中、高溫的不同區(qū)段。電氣設(shè)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(chǎn)的 PyroCoupleM 系列微型化紅外溫度傳感器，其測溫范圍為- 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)時間是200ms，防護(hù)等級達(dá)IP65，并可在環(huán)境溫度范圍為0～70℃和相對濕度為95%下的環(huán)境中使用，而且可以輸出電流、電壓或熱偶信號。在發(fā)電廠，其主要用于非接觸方式實時測量鍋爐空預(yù)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(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱點或連接故障等，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(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 系列紅外測溫儀是專為惡劣的工業(yè)環(huán)境應(yīng)用所設(shè)計的工業(yè)級產(chǎn)品，測溫范圍為 - 40℃～3000℃，這款紅外測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)時間有 2ms、60ms和 120ms三種可選，并具備IP65 的防護(hù)等級，可以防止安裝、設(shè)置和使用過程中的污染和損傷。而且?guī)?biāo)準(zhǔn)的模擬量、數(shù)字量和分布式的繼電器輸出，能夠同時傳輸數(shù)據(jù)、報警觸發(fā)和控制信號。內(nèi)置智能型的電路盒以及易于使用的操作界面等。此外，該紅外測溫儀堅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(jiān)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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，能將對象的溫度場分布以圖像形式直觀地顯示出來，以滿足溫度場監(jiān)視的需要。
紅外成像儀主要是檢測波長范圍在0.9～14mm 內(nèi)的紅外電磁頻譜區(qū)的輻射量，通過熱圖像技術(shù)，給出熱輻射體的溫度值及溫度場分布圖，并轉(zhuǎn)換成可見的熱圖像。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)更長的波長段。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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