浅谈电力工业中的新型红外温度传感器

　　电力是以电能作为动力的能源。发明于19世纪70 年代，电力的发明和应用掀起了第二次工业化高潮。成为人类历史18世纪以来，世界发生的三次科技革命之一，从此科技改变了人们的生活。20世纪出现的大规模电力系统是人类工程科学史上重要的成就之一，是由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力生产与消费系统。它将自然界的能源通过发电动力装置转化成电力，再经输电、变电和配电将电力供应到各用户。

　　在电力生产过程中，温度测量与控制十分重要，温度参数的准确测量对电能的输出品质、生产效率和安全可靠的运行至关重要。

　　红外温度传感器的原理和优点

　　当由红外测温仪测温时，被测物体发射出的红外能量，通过红外测温仪的光学系统在探测器上转换为电信号，该信号的温度读数显示出来。有几个决定测温的重要因素，重要的因素是发射率、视场、到光斑的距离和光斑的位置。发射率，所有物体会反射、透过和发射能量，只有发射的能量能指示物体的温度。当红外测温仪测量表面温度时，仪器能接收到所有这三种能量。因此，所有红外测温仪必须调节为只读出发射的能量。测量误差通常由其它光源反射的红外能量引起的。有些红外测温仪可改变发射率，多种材料的发射率值可从出版的发射率表中找到。其它仪器为固定的予置为0.95的发射率。该发射率值是对于多数有机材料、油漆或氧化表面的表面温度，就要用一种胶带或平光黑漆涂于被测表面加以补偿。使胶带或漆达到与基底材料相同温度时，测量胶带或漆表面的温度，即为其真实温度。

　　红外测温仪采用红外技术可快速方便地测量物体的表面温度。不需要机械的接触被测物体而快速测得温度读数。只需瞄准，按动触发器，在LCD显示屏上读出温度数据。红外测温仪重量轻、体积小、使用方便，并能可靠地测量热的、危险的或难以接触的物体，而不会污染或损坏被测物体。红外测温仪每秒可测若干个读数，而接触测温仪每秒测量就需要若干分钟的时间。

　　近年来，随着微处理器芯片和红外测温传感技术的迅速发展，红外测温传感器的性能得到不断的提高，其适用范围已经可以覆盖到低、中、高温的不同区段。

　　电气设施及过程测控中的中低温红外温度传感器

　　英国Calex电子公司生产的PyroCouple M系列微型化红外温度传感器，其测温范围为-20℃～+500℃，可达读数的±1%，重复性为读数的±0.5%，响应时间是200ms，防护等级达 IP65，并可在环境温度范围为0℃～70℃和相对湿度为95%下的环境中使用，而且可以输出电流、电压或热偶信号。在发电厂，其主要用于非接触方式实时测量锅炉空预器、汇流排、重要断路器、电机轴承、电机绕组、变压器绕组、UPS或其它电气接头处的温度，并用来及时发现设备的热点或连接故障等，从而提供电气系统或设备的诊断、状态检修和维护等。

　　Fluke下属的雷泰公司新推出的CM系列的小型集成式红外温度计，其输出信号为0-5V或J、K型热电偶的连续信号和开关报警的触点信号，并带有RS232的数字通讯接口，探头状态以及自诊断显示LED，专用于工业制造流程的连续温度监视。在现场电磁干扰大的场合，可用于替代易受影响的普通热电偶和热电阻等。

　　炉膛应用中的红外高温计

　　雷泰公司生产的Marathon 系列红外测温仪是专为恶劣的工业环境应用所设计的工业级产品，测温范围为-40℃～3000℃，这款红外测湿仪拥有高性能的光学镜头，光学分辨率可达300:1，响应时间有2ms、60ms和120ms三种可选，并具备IP65的防护等级，可以防止安装、设置和使用过程中的污染和损伤。而且带标准的模拟量、数字量和分布式的继电器输出，能够同时传输数据、报警触发和控制信号。

　　通过电厂的锅炉炉膛和后炉膛区的温度，不仅可以直接反应出其内燃料的燃烧强度的大小，燃烧过程中的效率优劣，而且还能间接地影响到锅炉的受热面以及后续流程的正常运行。从电厂的安全控制和效率角度来看，炉膛区的温度是十分重要的，而且需要运行监视的关键参数。在欧洲，有相当一部分电厂或锅炉的制造商即采用上述类型的红外光学高温计，用来测量大型的锅炉炉膛断面的烟气温度，并借此实现锅炉的全炉膛的火焰检测和炉膛灭火的保护功能。

　　红外成像仪的应用优势

　　在电厂，运行或检修人员不仅需要知道被控对象表面的平均温度，有时更需要知晓被监测对象的温度场的分布情况，以便分析和研究运行是否正常，内部结构是否存在缺陷等。与先前叙述的点式红外测温传感器不同，红外成像仪则是采用面式测温方式，能将对象的温度场的分布以图像形式直观地显示出来，以满足温度场监视的需要。

　　红外成像仪主要是检测波长范围在0.9～14mm内的红外电磁频谱区的辐射量，通过热图像技术，给出热辐射体的温度值及温度场分布图，并转换成可见的热图像。大多数的成像仪不是采用常规的CCD或CMOS传感元件，而是采用特殊的FPA（焦平面阵列），以感应更长的波长段。

　　在实际使用红外热像仪时，只需要将热范围、热水平、大气温度、环境温度、被测物体的发射率以及测量距离等相关的参数输入到仪表内嵌计算机，就可以自动地得出温度分布等结果。

　　红外成像仪可以快捷和准确地探测电气设备的接头松动或不良接触、负荷不平衡、过载、过热等隐患（这些隐患可能造成的潜在危害是产生电弧、短路、设备起火或烧毁，以致酿成更加严重的事故或火灾等）。对于所有可以直接看见的设备，红外成像仪能够确定所有连接点的热隐患，而对于那些由于遮蔽导致无法直接看到的部分，则可以根据其热量传导到外面部件上的情况来发现其潜在的隐患。

　　另外，红外成像仪也可以很容易地探测到输电或供电回路过载或三相负载的不平衡情况。

　　红外成像仪的检测实例

　　在美国，有几十家公司能够提供红外成像仪的检查服务，他们可以为电力客户的所有电气设备、配电系统，包括高压接触器、熔断器盘、主电源断路器盘、接触器以及所有的配电线、电动机和变压器等来进行红外成像仪的检查，以保证客户所有运行的电气设备不存在潜伏性的热隐患，并能够有效地防止火灾事故的发生。图4为利用成像仪可以轻松地检测出左侧熔断器工作异常的红外热图像。

　　此外，红外成像仪还可通过用于监视锅炉炉膛的火焰和汽包的水位，来判定设备冷却管是否堵塞不畅、汽轮发电机组或风机/泵组/电机等轴承温度是否过高、疏水管线的疏水是否流畅、调节阀/关断阀等是否存在内部泄漏、工艺管道或容器运行是否正常、危险或有害气体是否外漏等非正常现象。而且由于它具有绝缘强度高，热传导性能良好和优异的灭弧性能等优点，因此，在高电压的设备中普遍采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质。美国FLIR公司所生产的 GasfindIR LW气体高敏感度式的红外成像仪，就可以检测出20余种温室或挥发性的有机化合物气体的泄漏或排放，也能用于实时检测电力设备是否存在SF6的泄漏。

　　关于英国CALEX电子公司

　　英国CALEX电子公司成立于1973年。成立以来， Calex一直专注于为全世界的工业提供高品质、成本效益的温度测量和电源转换解决方案。Calex电子公司的业务重点放在内部设计和制造非接触式红外温度传感器和AC / DC电源。同时还提供了包括热电偶，电阻温度计，光纤温度传感器，指示器，控制器，SCADA系统，校准器和DC / DC转换器等配套产品在内极广泛的产品。英国Calex电子公司生产的PyroCouple M系列微型化红外温度传感器，其测温范围为-20℃～+500℃，可达读数的±1%，重复性为读数的±0.5%，响应时间是200ms，防护等级达 IP65，并可在环境温度范围为0℃～70℃和相对湿度为95%下的环境中使用，而且可以输出电流、电压或热偶信号。在发电厂，其主要用于非接触方式实时测量锅炉空预器、汇流排、重要断路器、电机轴承、电机绕组、变压器绕组、UPS或其它电气接头处的温度，并用来及时发现设备的热点或连接故障等，从而提供电气系统或设备的诊断、状态检修和维护等。