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

t_окр - температура окружающего воздуха;

t_об - 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:

L_ном - 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