红外培训教材及电力应用

://www.dali-tech.com红外热像仪在电力系统中的应用红外原理://www.dali-tech.com红外热像仪在电力系统中的应用电磁波谱电磁波谱1：X射线；2：紫外线；3：可见光；4：红外线；5：微波；6：无线电波红外线是一种电磁波（是肉眼看不见的），存在波动性和粒子性等性质。波长在0.75µm~1000µm之间。近红外线--0.75µm~3µm；中红外线--3µm~6µm；远红外线--6µm~15µm；极远红外线--15µm~1000µm。自然界任何物体只要温度高于绝对零度（-273.16C˚）就会产生电磁波（辐射能），带有物体表面的温度特征信息。不同的材料、不同的温度、不同的表面光度、不同的颜色等，所发出的红外辐射强度都不同。红外热像仪就是探测这种物体表面辐射的不为人眼所见的红外线的设备。它反映物体表面辐射能量密度的分布情况，即温度场（红外热成像）。通过物体表面的红外热分布图，定量的测量所需位置的平均温度，来判断设备故障所在的位置及程度。是被动的、非接触式的检测。红外探测所谓黑体，就是在任何情况下对一切波长的入射辐射吸收率都等于1的物体，也就是说全吸收。黑体源的结构在原理上非常简单，主要分为面阵式和腔式。面阵式黑体源采用的材料，吸收率接近于1，一般为0.95~0.97，由于其面积较大，一般控制温度在300度以下的低温状况。黑体辐射腔式黑体源采用高吸收率的材料和特定的等温线空腔，进入孔隙的任何辐射经多次反射被分散和吸收，只有极小部分可能逸出。孔隙处获得的黑度几乎等于黑体，发射率为0.99，并可控制在较高的温度。一个绝对温度为T（K）的黑体，单位表面积在波长λ附近单位波长间隔内向整个半球空间发射的辐射功率（简称为光谱辐射度）Mλb（T）与波长λ、温度T满足下列关系：普朗克辐射定律是所有定量计算红外辐射的基础。辐射的光谱分布规律————普朗克辐射定律根据普朗克辐射定律绘制各种温度下的图形，可得到一系列的曲线1：光谱辐射率（W/cm2×103（µm）2：波长（µm）在任意一条普朗克曲线上，λ=0处的光谱辐射率为零，当波长为λMAX时，光谱辐射率迅速增大到最大值，此后又趋向近于零。温度越高，则出现最大值的波长越短；同时，代表黑体单位表面积发射所有波长的全部辐射功率曲线下包围的面积，也迅速增加（斯蒂芬-玻耳兹曼定律）。———斯蒂芬-玻耳兹曼定律通过从λ=0到λ=∞对普朗克定律求积分，可得到黑体单位表面积向整个半球空间发射的所有波长的总辐射功率Wb（简称为全辐射率）随其温度的变化规律，它可表示为特定温度下普朗克曲线下包围的面积。式中σ=5.6697×10-8w/(m2·k4)，称为斯蒂芬-玻耳兹曼常数。斯蒂芬-玻耳兹曼定律表明，凡是温度高于开氏零度的物体都会自发地向外发射红外热辐射。同时，黑体单位表面积发射的总辐射功率与开氏温度的四次方成正比，并且为唯一的。那么，只要当温度有较小变化时，就将会引起物体发射的辐射功率很大变化，红外测温具有很高的灵敏度。斯蒂芬-玻耳兹曼定律是所有红外测温的基础。———维恩位移定律针对λ对普朗克定律求微分并确定最大值，我们可以得到：式中：λ为峰值波长，单位是µmT为物体的绝对温度，单位为K维恩定律表明最大辐射波长等于一个常数与物体温度之比。即物体越热其最大辐射波长越短。，其中虚线表示由维恩位移定律描述的各种温度下的最大辐射轨迹1：光谱辐射率（W/cm2（µm））2：波长（µm）根据维恩位移定律，不同波段的红外线对应的峰值温度范围如下：波段范围绝对温度（K）摄氏温度（℃）近红外0.75~3µm3864~9663591~693中红外3~6µm966~483693~210远红外6~15µm483~193210~-80极远红外15~1000µm193~3-80~-270因此，工业状态检测用红外热像仪一般工作在远红外波段———朗伯余弦定律朗伯余弦定律示意图法线I0θIθ=I0COSθ物体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比，如图所示：Iθ=I0COSθ因此，应从多角度进行检测，选择最佳的检测角度。一般检测角度不应该大于30度（线路上由于检测位置的限制，角度过大，实际测量温度在有效测试距离下，也偏低）解决方法：记录检测位置，保证不同时间相同位置检测，看温度变化情况W透射功率W吸收功率W入射辐射对真实物体的三种作用对于不透明材料，=0，所以：根据能量守恒定律，在任意指定温度和波长下，在热平衡情况下，物体的光谱辐射比和光谱吸收比相等，因此，对于不透明的物体：得出结论，反射强度越大的物体，其辐射能力越弱红外热像仪为捕捉（接收）物体表面发出的红外辐射，显示物体表面辐射能量密度的分布情况设备；不同材料的物体在相同的温度下的辐射功率示意图电力设备中避雷器等非金属电介质材料的设备，其发射率约0.90左右；而对于导线、隔离开关等使用金属材料的设备，一般由于表面有热塑套管标识、污秽覆盖、高度氧化等现象的存在，其发射率一般也约0.90左右。因此，一般检测发射率可调整到0.9；但若要精确测量目标物体的真实温度时，必须事先知道和了解物体的红外发射率ε的范围。对于密封开关柜等设备，由于其发热元件与外部表面之间没有传导路径或传导不良，因此不便于红外检测，这一点在红外检测时要注意。红外线在大气中穿透比较好的波段，通常称为“大气窗口”。红外热成像检测技术，就是利用了所谓的“大气窗口”。短波窗口在3~5μm之间，而长波窗口则是在8~14μm之间。红外热成像系统用途：目标追踪监控，多用于国防军事领域。功能要求：仅要求成像，图像越清晰越好，发现目标的距离越远越好。红外热成像检测系统用途：以工业状态检测为目的，对设备进行预防性检测或研究，包括观察热分布图像、测量温度、建立设备资料库、分析采集的数据以判断设备潜在故障的程度等。功能要求：图像尽量清晰；温度测量不止要准确，还要稳定，不受环境影响；功能丰富，现场操作简单方便；后处理分析软件功能强等因素均应考虑。://www.dali-tech.com红外热像仪在电力系统中的应用红外热像仪的应用红外成像是唯一一种可以将热信息瞬间可视化，并加以验证的诊断技术。红外热像仪向您揭示热故障，并通过非接触温度测量加以量化。几乎所有利用或者发射能量的物体在发生故障前都会产生异常发热现象。红外成像技术能够在设备发生故障之前，快速、准确、安全的发现故障。通过红外测温技术，能有效的区分电气设备正常工作的发热与故障时异常的发热。具备测温功能的红外热像仪能够正确引导预防性维护专家对电气或机械设备的运转情况进行准确判断。您可以将测量温度值同历史温度进行比较，或者与相同时间同类设备的温度读数进行比较，以准确判断是否发生了显著的温升，是否会导致部件失效，带来生产隐患。在发生故障之前及时发现并进行维修，可以节省或避免因此造成的生产停工、产量下降、能源损耗、火灾甚至灾难性故障所带来的高昂代价。红外热像仪的应用范围很广，主要用于电力预防性维护、冶金、化工、目标搜索、科研研究、建筑诊断、医疗及生产监控等等用途。特别是用于电力设备预防性维护、检测方面，具有很大的优越性：A、远离被检测设备，保证安全；B、非接触式测温，保证不影响设备原来的运行状态；C、大面积快速扫描检测，节省时间；D、测温范围宽，精度高；E、检测到位，能准确地发现设备的缺陷；F、是开展状态检测的重要手段。`国外红外探测技术的发展过程光机扫描探测器(1958年至今)工业检测已不用内循环制冷热电制冷液氮制冷焦平面、内循环制冷探测器（1994年）焦平面、非制冷探测器（1997年第一代，1999年第二代，2001年第三代，2002年第四代)国外红外探测技术的发展过程国内红外探测技术的发展过程光机扫描探测器(研究机构一直在研制发展中)热电视(热释电管)进口焦平面、非制冷探测器（2001年第三代，2002年第四代）国内红外探测技术的发展过程目前，国内红外探测技术基本与国外同步，大部分厂家具有独立开发红外成像组件的能力，尤其在测温技术方面，具有自己的特点。国内销售的主流红外热像仪均采用法国ULIS公司的非制冷焦平面探测器，分别为320*240像素的便携式红外热像仪、160*120像素的手持式红外热像仪。*εWA*ε*WB*ε大气WC*εWA*ε**WB*ε*镜头高温滤片探测器WD*ε处理电路红外热像仪简单工作示意图红外热像仪的工作过程简单的工作示意图根据“红外热像仪简单工作示意图”，最终红外热像仪不但接受到目标经过大气衰减后的红外辐射，还接受到大气（环境温度）、相邻目标的部分辐射和热像仪内部器件辐射的影响；根据相关的红外规律：，当目标温度与环境温度差不多或偏低时，大气的辐射功率所占比率较大，环境温度的影响非常大；而当目标物体的温度较高时，大气的辐射功率所占比率非常小，基本可以忽略；因此，测温时，对于没有故障的设备，如不进行环境温度修正，测温偏差很大；而如有故障，不修正，温度可能也只偏差几度！对于红外衰减，由于距离越远，大气对目标辐射的衰减越强，必须进行距离修正，同时，大气的衰减与大气的湿度很有关系，需进行湿度修正（当相对湿度小于70%时，修正不明显，可不修正）；同时，大气的辐射必须去除，才能真正的测量出物体的真实温度，因此，环境温度修正是必须的！如要避免相邻物体的影响，就要注意检测角度，在变电站检测相对更要注意。不过当物体发射率较高时，反射率就较低，相邻物体辐射通过目标的反射也就较小，影响也就不明显了。至于热像仪内部器件辐射的影响，一般采用内置黑体和内置的温度传感器进行自动修正。DL系列红外热像仪内置有独特的腔式黑体，同时，黑体上有特殊的抑制红外辐射涂层，可有效地屏蔽散射的红外辐射