Mesure de température sans contact pendant le fonctionnement des équipements électriques

Tous les appareils électriques fonctionnent en faisant passer un courant électrique à travers eux, ce qui chauffe davantage les fils et l'équipement. Dans ce cas, pendant le fonctionnement normal, un équilibre est créé entre l'augmentation de la température et l'élimination d'une partie de celle-ci dans l'environnement.

Si la qualité du contact est défectueuse, les conditions de circulation du courant se dégradent et la température s'élève, ce qui peut provoquer un dysfonctionnement. Par conséquent, dans les appareils électriques complexes, en particulier les équipements haute tension des entreprises électriques, une surveillance périodique de l'échauffement des pièces sous tension est effectuée.

Pour les appareils à haute tension, les mesures sont effectuées par une méthode sans contact à une distance de sécurité.

Principes de la mesure de température à distance

Tout corps physique a un mouvement d'atomes et de molécules qui s'accompagne de émission d'ondes électromagnétiques… La température de l'objet affecte l'intensité de ces processus, et sa valeur peut être estimée par la valeur du flux de chaleur.

La mesure de température sans contact est basée sur ce principe.

Une source sonde de température « T » émet un flux de chaleur « F » dans l'espace environnant, qui est perçu par un capteur thermique situé à distance de la source de chaleur. Après cela, le signal converti par le circuit interne est affiché sur le panneau d'information « I ».

Les appareils de mesure de la température, qui la mesurent par rayonnement infrarouge, sont appelés thermomètres infrarouges ou leur nom abrégé «pyromètres».

Pour leur fonctionnement précis, il est important de déterminer correctement la plage de mesure sur l'échelle des ondes électromagnétiques, qui est une zone d'environ 0,5 à 20 microns.

Facteurs affectant la qualité des mesures

L'erreur des pyromètres dépend de plusieurs facteurs :

1. la surface de la zone observée de l'objet doit être dans la zone d'observation directe;
2. la poussière, le brouillard, la vapeur et d'autres objets entre le capteur de chaleur et la source de chaleur affaiblissent le signal, ainsi que des traces de saleté sur l'optique ;
3. la structure et l'état de la surface du corps examiné affectent l'intensité du flux infrarouge et les lectures du thermomètre.

Le troisième facteur explique-t-il le graphique de changement d'émissivité ? de la longueur d'onde.

Il démontre les caractéristiques des émetteurs noirs, gris et couleur.

La capacité de rayonnement infrarouge Фs d'un matériau noir est prise comme base pour comparer d'autres produits et est prise égale à 1. Les coefficients de toutes les autres substances réelles ФR deviennent inférieurs à 1.

En pratique, les pyromètres convertissent le rayonnement d'objets réels en paramètres d'un émetteur idéal.

La mesure est également affectée par :

• la longueur d'onde du spectre infrarouge à laquelle la mesure est effectuée ;

• température de la substance d'essai.

Comment fonctionne un thermomètre sans contact

Selon la méthode de sortie des informations et leur traitement, les dispositifs de contrôle à distance du chauffage de surface sont divisés en:

• pyromètres;

• imageurs thermiques.

Appareil pyromètre

Classiquement, la composition de ces dispositifs peut être présentée bloc par bloc :

• capteur infrarouge avec système optique et guide de lumière réfléchissant ;

• un circuit électronique qui convertit le signal reçu ;

• un écran qui affiche la température ;

• le bouton d'alimentation.

Le flux de rayonnement thermique est focalisé par un système optique et dirigé par des miroirs vers un capteur pour la conversion primaire de l'énergie thermique en un signal électrique avec une valeur de tension proportionnelle au rayonnement infrarouge.

La conversion secondaire du signal électrique se produit dans l'appareil électronique, après quoi le module de mesure et de rapport affiche des informations sur l'écran, en règle générale, dans forme numérique.

A première vue, il apparaît que l'utilisateur a besoin de mesurer la température d'un objet distant :

• allumez l'appareil en appuyant sur le bouton ;

• spécifier l'objet à étudier ;

• prendre une déposition.

Cependant, pour une mesure précise, il est nécessaire non seulement de prendre en compte les facteurs affectant les lectures, mais également de choisir la bonne distance à l'objet, qui est déterminée par la résolution optique de l'appareil.

Les pyromètres ont différents angles de vue, dont les caractéristiques, pour la commodité des utilisateurs, sont sélectionnées pour la relation entre la distance à l'objet de mesure et la zone de couverture de la surface contrôlée. A titre d'exemple, l'image montre un ratio de 10:1.

Étant donné que ces caractéristiques sont directement proportionnelles les unes aux autres, pour une mesure précise de la température, il est nécessaire non seulement de pointer correctement l'appareil vers l'objet, mais également de choisir la distance pour choisir la zone de la zone mesurée.

Le système optique traitera alors le flux de chaleur de la surface souhaitée sans tenir compte de l'effet du rayonnement des objets environnants.

À cette fin, des modèles améliorés de pyromètres sont équipés de désignations laser qui aident à diriger le capteur thermique vers l'objet et facilitent la détermination de l'aire de la surface observée. Ils peuvent avoir des principes de fonctionnement différents et avoir une précision de ciblage différente.

Un seul faisceau laser n'indique qu'approximativement l'emplacement du centre de la zone contrôlée et permet d'en déterminer imprécisément les limites. Son axe est décalé par rapport au centre du système optique du pyromètre. Cela introduit une erreur de parallaxe.

Une méthode coaxiale est dépourvue de cet inconvénient - le faisceau laser coïncide avec l'axe optique de l'appareil et indique avec précision le centre de la zone mesurée, mais ne détermine pas ses limites.

Une indication des dimensions de la zone contrôlée est fournie dans le pointeur cible avec un double faisceau laser... Mais à de petites distances de l'objet, une erreur est autorisée en raison du rétrécissement initial de la zone de sensibilité. Cet inconvénient est très prononcé avec les objectifs à courte focale.

Les désignations laser croisées améliorent la précision des pyromètres équipés de lentilles à focale courte.

Un seul faisceau laser circulaire vous permet de déterminer la zone d'observation, mais il a également une parallaxe et surestime les lectures de l'appareil à de courtes distances.

Un désignateur laser de précision circulaire fonctionne de manière plus fiable et est dépourvu de tous les inconvénients des conceptions précédentes.

Les pyromètres affichent les informations de température à l'aide d'une méthode d'affichage texte-numérique qui peut être complétée par d'autres informations.

Dispositif d'isolation thermique

La conception de ces appareils de mesure de température ressemble à celle des pyromètres. Ils ont un microcircuit hybride comme élément récepteur du flux de rayonnement infrarouge.

Avec sa couche épitaxiale photosensible, il perçoit le flux IR à travers un substrat fortement dopé avec sa couche épitaxiale photosensible.

Le dispositif du récepteur d'un imageur thermique avec un microcircuit hybride est montré sur la photo.

La sensibilité thermique des imageurs thermiques basés sur des détecteurs matriciels vous permet de mesurer la température avec une précision de 0,1 degré. Mais de tels dispositifs de grande précision sont utilisés dans les thermographes d'installations fixes de laboratoire complexes.

Toutes les méthodes de travail avec une caméra thermique sont effectuées de la même manière qu'avec un pyromètre, mais une image de l'équipement électrique est affichée sur son écran, déjà présentée dans une gamme de couleurs révisée, en tenant compte de l'état de chauffage de toutes les pièces.

À côté de l'image thermique se trouve une échelle pour convertir les couleurs en une règle de température.

Lorsque vous comparez les performances d'un pyromètre et d'une caméra thermique, vous pouvez voir la différence :

• le pyromètre détermine la température moyenne dans la zone qu'il observe ;

• la caméra thermique permet d'évaluer l'échauffement de tous les éléments constitutifs situés dans la zone qu'elle surveille.

Caractéristiques de conception des thermomètres sans contact

Les appareils décrits ci-dessus sont représentés par des modèles mobiles qui permettent des mesures de température cohérentes dans de nombreux lieux de fonctionnement des équipements électriques :

• entrées de transformateurs et interrupteurs de puissance et de mesure;

• contacts des sectionneurs fonctionnant sous charge ;

• assemblages de systèmes de bus et sections d'appareillage de commutation à haute tension ;

• dans les lieux de connexion des fils de lignes électriques aériennes et autres lieux de commutation de circuits électriques.

Cependant, dans certains cas, lors de l'exécution d'opérations technologiques sur des équipements électriques, des conceptions complexes de compteurs de température sans contact ne sont pas nécessaires, et il est tout à fait possible de faire face à des modèles simples installés en permanence.

Un exemple est la méthode de mesure de la résistance de l'enroulement du rotor du générateur lors de l'utilisation d'un circuit d'excitation redresseur. Étant donné que de grandes composantes CA y sont induites, le contrôle de son chauffage est effectué en continu.

La mesure et l'affichage à distance de la température au niveau de la bobine d'excitation sont effectués sur un rotor rotatif. Le capteur thermique est situé en permanence dans la zone de contrôle la plus favorable et perçoit les rayons de chaleur dirigés vers lui. Le signal traité par le circuit interne est délivré à un dispositif d'affichage d'informations, qui peut être équipé d'un pointeur et d'une échelle.

Les schémas basés sur ce principe sont relativement simples et fiables.

Selon le but, les pyromètres et les imageurs thermiques sont divisés en appareils :

• haute température, conçu pour mesurer des objets très chauds ;

• basse température, capable de contrôler même le refroidissement des pièces pendant la congélation.

Les conceptions de pyromètres et d'imageurs thermiques modernes peuvent être équipées de systèmes de communication et de transmission d'informations via Bus RS-232 avec des ordinateurs distants.