Технические возможности применения приборов инфракрасной техники в энергетике
В набор приборов оператора, осуществляющего ИК-диагностику, должны входить:
- тепловизор (пирометр);
- анемометр ручной с диапазоном измерения до 10 м/с;
- электронный термометр с ценой деления 0,1 °С;
- бинокль (подзорная труба) - для визуального осмотра узла, забракованного при ИК-диагностике.
В энергетике применяется большое количество разновидностей приборов ИКТ, производство которых в ряде случаев уже прекращено или зависит от многих финансовых и технических факторов.
Ниже рассмотрены особенности выбора прибора ИКТ с учетом его назначения.
Радиационный пирометр
Производство пирометров различного конструктивного исполнения и назначения освоено многими предприятиями России.
По техническим параметрам отечественные пирометры не уступают лучшим зарубежным образцам.
Выбор при закупке типа пирометра зависит прежде всего от возможной области его применения и связанных с этим факторов (табл.П.1.0-2). Так, для дистанционного контроля контактных соединений (КС) токоведущих частей и электрооборудования могут применяться пирометры с широким и малым углом визирования.
Таблица П.1.0-2
В первом случае при угле визирования 1:60 пирометры могут применяться в электроустановках 0,4-20 кВ и обеспечивать работоспособность в условиях влияния электромагнитных полей.
Пирометры с малым углом визирования (1:200, 300) целесообразно использовать при контроле КС в ОРУ 110-220 кВ как в сочетании с тепловизором на пировидиконе, так и отдельно.
При использовании совместно с тепловизором на пировидиконе такой пирометр должен работать при температурах до минус 10 °С, иметь малую массу, оптический визир, устройство запоминания максимальных показаний.
При измерениях температуры КС с помощью пирометра необходимо учитывать угол визирования, который он обеспечивает.
В тех случаях, когда контролируемое КС находится на удаленном расстоянии или размеры его малы, может возникнуть ситуация, при которой в зону измерения наряду с контролируемым объектом попадет участок окружающей его внешней среды (воздух и т.д.) с иной температурой (рис.П.1.0-1).
- объект измерения
tокр - температура окружающего воздуха;
tоб - температура объекта измерения
Рис.П.1.0-1
Температура внешней среды в этом случае может внести существенную погрешность в результаты показания пирометра, особенно если измерение температуры контролируемого объекта осуществляется на фоне неба, температура которого в зависимости от его состояния (облачность, ясное небо) может достигать минус (50-70) °С.
В качестве иллюстрации на рис.П.1.0-2 показаны результаты применения пирометра HPN (ГДР) с углом визирования 1:30, с гарантированной дальностью измерения - 1 м. Погрешность измерения пирометра существенно возрастает при повышении температуры нагрева объекта по мере его удаления.
Рис.П.1.0-2. Погрешность измерения пирометра HPN в зависимости от расстояния и от объекта измерения:
Lном - гарантированная дальность измерения прибора
Конструкция радиационного пирометра должна обеспечивать как минимум:
- спектральный диапазон 8... - 14 мкм;
- диапазон измерения температур от -10 °С до +200 °С;
- температуру окружающей среды от -5 °С до +50 °С;
- угол визирования 1:200 (1:120);
- температурную чувствительность -0,5... -1,0 °С;
- погрешность измерения -1... -2 °С;
- индикацию значений измеряемых температур - цифровую;
- установку коэффициента излучения;
- возможность измерения текущей и максимальной температур с их фиксацией;
- быстродействие < 2 с;
- наличие оптического визира или лазера;
- небольшую массу (менее 1 кг);
- малую потребляемую мощность.
Тепловизор на пировидиконе
В камерах используется трубка с пироэлектрической мишенью и электронным считыванием.
Инфракрасное излучение, принимаемое трубкой, вызывает нагрев кристаллических пластин ИК-приемника с образованием на них электрических зарядов.
Распределение электрических зарядов, соответствующее распределению яркости инфракрасного изображения на мишени, анализируется путем нейтрализации пучком электронов, который осуществляет развертку в телевизионном стандарте, формируя видеосигнал.
Такая система позволяет получить инфракрасное изображение в широкой спектральной полосе без охлаждения приемника и без механической развертки. Пировидикон нечувствителен к постоянному тепловому потоку, прерывание которого может быть осуществлено тремя способами:
- панорамированием камеры, т.е. легким ее покачиванием;
- применением прерывателя (обтюратора) теплового потока;
- перемещением объекта контроля.
Следует отметить, что применение обтюратора уменьшает температурную чувствительность тепловизора (рис.П.1.0-3)
Рис.П.1.0-3
1 - при применении обтюратора;
2 - в режиме панорамирования
В силу конструктивных особенностей пировидикона тепловизор на его основе не может быть использован как измерительный термографический прибор и предназначен в основном для решения задач обзора пространства.
В энергетике тепловизор используется совместно с пирометром, вначале с помощью тепловизора выявляются объекты с повышенным нагревом, а затем, используя пирометр, определяется его температура.
Поэтому точность измерения температуры определяется прежде всего параметрами применяемого пирометра.
Преимуществами тепловизора на пировидиконе являются:
- отсутствие охлаждения;
- низкая стоимость.
Недостатками:
- недостаточная чувствительность;
- тепловое разрешение порядка 1-2 °С;
- реагирование только на изменение теплового потока;
- неравномерное распределение чувствительности по мишени пировидикона (разница до 10%).
Из отечественных конструкций тепловизоров наиболее полно отвечают требованиям эксплуатации тепловизоры марок "Эврика", "Пировидикон-2", которые состоят из:
- блока пировидиконной камеры с ИК объективом 70 ... 100 мм;
- блока управления с видеоконтрольным устройством (ВКУ) на кинескопе черно-белого изображения с диагональю экрана 8...15 см, снабженным светозащитным тубусом;
- переносного аккумулятора;
- блока питания с зарядным устройством.
При пользовании тепловизором на пировидиконе по характеру изображения на экране ВКУ можно судить о режиме его работы и возможных неисправностях (табл.П.1.0-3).
Таблица П.1.0-3
№ рис. | РЕЖИМ РАБОТЫ, ВОЗМОЖНАЯ НЕИСПРАВНОСТЬ |
П.1.0-4 | Чистый экран, тепловизор готов к работе |
П.1.0-5 | Светлые линии являются признаком "холодного" тепловизора. Они должны исчезнуть после прогрева тепловизора |
П.1.0-6 | Необходимо восстановление работы пировидикона. Причинами неполадки могут быть: - насыщение пировидикона; - воздействие избыточного теплового потока; - перегрев пировидикона. Необходимо: - провести цикл автоматического восстановления пировидикона, включив соответствующий тумблер на панели тепловизора; - уменьшить входное отверстие объектива; - охладить пировидикон, включив его вентилятор |
П.1.0-7 | Экран не светится. Необходимо проверить все соединения, наличие напряжения на аккумуляторной батарее, отрегулировать яркость и усиление. Экран светится, но нет круга. Отрегулировать яркость и контрастность. |
П.1.0-8 | Изображение напоминает хвост кометы. Объект измерения очень горячий, необходимо уменьшить входное отверстие объектива |
П.1.0-9 | Причины: - объект измерения очень горячий; - провести восстановление пировидикона. |
П.1.0-10 П.1.0-11 | Поляризация пировидикона. Необходимо его восстановление путем кратковременного отключения тепловизора на 30-60 с или включения тумблера автоматического восстановления |
П.1.0-12 | Насыщение пировидикона. Уменьшить входное отверстие объектива |
- | Изображение на экране ВКУ изогнуто. Влияние электромагнитного поля объекта измерения. Изменить расположение оператора |
Рис.П.1.0-4
Рис.П.1.0-5
Рис.П.1.0-6
Рис.П.1.0-7
Рис.П.1.0-8
Рис.П.1.0-9
Рис.П.1.0-10
Рис.П.1.0-11
Рис.П.1.0-12