電力工業中的新型紅外溫度傳感器

    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 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。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℃，這款紅外測溫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。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高達0.03℃。

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