红外诊断技术应用

2、非接触式测温（红外测温）
非 接触式测温主要是采用物体热辐射的原理进行 的。利用红外测温只需要将测温仪对准被测物体不必 和被测物体直接接触。
测量仪器主要有红外点温仪、红外热像仪、红外 热电视等。
红外测温和接触式测温方式的性能比较
项目 红外测温
接触测温
特点
①对物体无影响 ②测量物体表面的温度 ③反映速度快，可测运动中的物体和瞬态温度 ④测温范围宽 ⑤测温精度高。分辩0.01℃或更小 ⑥可对小面积测温直径可达到数微米 ⑦可对点、线、面测温 ⑧可进行远距离测量 ⑨可测量腐蚀性物体温度
❖ 红外测温仪使用的主要领域
❖ 可连续诊断电子连接问题；可检验电池组件 和功率配电盘接线端子；开关齿轮或保险丝连接， 防止能源消耗；由于松懈的连接器组合会产生热， 红外测温仪有助于识别回路中电器的绝缘故障， 或监视电子压缩机；日常扫描变压器的热点可探 测开裂的绕组和接线端子；可检测电盘接线端子 发热状况；可通过监控烘干房、喷漆房等重点设 备组件的发热点，判断设备运行状态。
经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是 位于光带最边缘处红光的外面。于是他宣布太阳发出的 辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的 “ 热 线 ” ，这种看不见的 “ 热线 ” 位于红色光外侧，叫做 红外线。
红外线是一种电磁波，具有与无线电波及可见光一样 的本质，红外线的发现是人类对自然认识的一次飞跃， 对研究、利用和发展红外技术领域开辟了一条全新的广 阔道路。
他在研究各种色光的热量时，有意地把暗室唯一的窗户用暗 板堵住，并在板上开了一个矩形孔，孔内装一个分光棱镜。 当太阳光通过棱镜时，便被分解为彩色光带，并用温度计去测 量光带中不同颜色所含的热量。 为了与环境温度进行比较， 赫胥尔用在彩色光带附近放几支作为比较用的温度计来测定周 围环境温度。
试验中，他偶然发现一个奇怪的现象：放在光带红光外的 一支温度计，比室内其他温度的显示数值高。
红外辐射就是从可见光的红外端到毫米波的宽广波长范围内的电 磁波辐射，从光子角度看，它是低能量光子流。
2、基本参数
辐射能量Qe 光源辐射出来的光（包括可见光和不 可见光）的能量称为光源的辐射能量，单位是cal、j。
辐射通量Фe 在单位时间内通过某一面积的辐射能 量成为通过该面积的辐射通量，也可称为辐射功率， 单位W、cal/s。
❖第三节 红外测温仪
产品图片
❖ 红外测温仪工作原理
❖ 红外测温仪由光学系统，光电探测器，信号放大器及信号处理. 显示输出等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射 能量，红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号， 该信号再经换算转变为被测目标的温度值。
❖ 使用红外测温仪的益处
- 便捷! 红外测温仪可快速提供温度测量，坚实.轻巧. 在工厂巡视 和日常检验工作时都可携带。
①对现场温度有影响 ②适合测瞬态温度 ③不便于测运动中的物体 ④测温范围不够宽 ⑤不便于同时测量多个目标
要求
①知道被测物体的发射率 ②被测物体的辐射能充分抵达红外探测器 ③尽量消除背景噪声
①测温设备与被测物体接触 良好
②被测温度不能有显著变化
3、红外诊断方法
a、表面判断法 同一类型被检测设备之间进行比较的方法。设备类型、工况、 环境℃和背景热噪声相同或相近。 b、热谱图分析法 根据同类设备在正常状态和异常状态下的热谱差异来判断设备 是否正常的方法。
❖ （5） 机械振动等各种原因所造成的导体实际截 面降低。
❖ （6） 负荷电流不稳或超标等。
❖ 电气设备常见的内部热缺陷有以下几种： ❖ （1） 内部导电部分连接不良或者触头接触电
阻过大； ❖ （2） 内部受潮，介质损耗增大； ❖ （3） 绝缘材料老化、开裂、脱落； ❖ （4） 电压分布不匀、泄露电流过大； ❖ （5） 内部缺油等。
τ +α +ρ ＝1
红外辐射对各种物体的作用
τ +α +ρ ＝1
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α ＝1
ρ ＝1
τ ＝1
3、影响红外辐射测量的主要因素
大气衰减的作用 大气分子吸收、散射，以及云、雾、雨、雪等 其他微粒的散射作用。
背景辐射的影响 a 天空背景辐射 b 地面背景辐射
物体的发射率 物体红外辐射的关键是物体的发射率，它的大 小与材料的性质、温度和表面状态直接相关。
电动机的运行温度
电动机机身的温度。根据电动机绝缘等级，绕组温度有 不同的上限。
绝缘的温度等级 A级 E级 B级 F级 H级
绝缘的温度等级 （℃）
105 120 130 155 180
绕组温升限值 （K）
60 75 80 100 125
性能参考温度 （℃）
80 95 100 120 145
❖ 电动机轴承的温度：滚动轴承上限温度为90℃，滑动轴承上 限温度为100℃。
1、接触式测温
接触式测温是将测温传感器与被测对象接触，被测对象与测 温传感器之间因传导热交换而达到热平衡，根据测温传感器中 的温度敏感元件的某一物理特性随温度而变化的特性来检测温 度。将测得的温度与界值温度进行比较，遍可分析出被测对象 的工作状态。目前在各工业领域获得广泛应用的接触式测温方 法主要有热电偶法、热电阻法两种。
-精确! 红外测温仪的精度在1度以内。可快速探测操作温度的微 小变化，在其萌芽之时就可将问题解决。
安全! 安全是使用红外测温仪最重要的益处。不同于接触式测温 仪，红外测温仪能够安全地读取难以接近的或不可到达的目标 温度 ，非接触温度测量还可在不安全的或接触测温较困难的区 域进行，像蒸汽阀门或加热炉附近，
❖ 如何进行红外测温仪测温？ ❖ 使用红外测温仪测温，将红外测温仪对准要测
的物体，在仪器的屏幕上读出温度数值，选择最佳 测量距离。 ❖ 用红外测温仪注意事项： ❖ １、只测量表面温度，红外测温仪不能测量内 部温度。 ❖ ２、不能透过玻璃进行测温，玻璃有很特殊的 反射和透过特性，红外测温仪最好不用于光亮的或 抛光的金属表面的测温（不锈钢、铝等）。 ❖ ３、定位热点，要发现热点，仪器瞄准目标， 然后在目标上作上下扫描运动,直至确定热点。 ❖ ４、注意环境条件：蒸汽、尘土、烟雾等。它 阻挡仪器的光学系统而影响精确测温。 ❖ ５、环境温度，如果红外测温仪突然暴露在环 境温差为２０度或更高的情况下，仪器应停留一定 时间进行调节然后测温。
温度在千摄氏度以下的物体，其热辐射中最强的电磁波是 红外波（红外辐射）；
物体温度达到300℃时，其辐射中最强的波长为5微米，是红外 线。
到500℃左右时，才出现暗红辉光
温度达到800℃时的辐射已有足够的可见光成分，呈现“赤热” 状态，但绝大部分的辐射能量仍属于红外线。只有在3000℃时， 近于白炽灯丝的温度，它的辐射能才包含足够多的可见光成分。 以上这些实例说明红外线辐射是热辐射的重要组成部分，俗称 “红外辐射”
❖ （2）运用检测标准应根据设备的缺陷类别具 体分析。对外部热缺陷可直接运用标准，对内 部热缺陷要结合必要的辅助手段进一步查找原 因。
❖温度诊断技术
❖ 主讲：刁国栋
❖第一节 温度诊断概述
温度诊断技术是利用测量机件工作温度的方式，对机械设 备的发热状态进行检测，从而判断设备的技术状态。
❖ 温度诊断的原理
被检测对象温度不正常（超标或降低），是设备产生或引 起故障的主要因素，通过温度检测来判断排除故障，这就是温 度诊断的基本原理。
❖ 温度的诊断方法
辐出度M e 指单位面积上的辐射通量，到位是 W/㎡ 光谱辐射量Фλ 3、物体的吸收、反射、传输 如果把辐射体辐射的能量设定为1，该入射能量达到物
体时，会产生三种情况：透射、吸收、反射，即入射 辐射的一部分可以被吸收，一部分被反射，一部分被 投射，设投射率为 τ ，吸收率为α ，反射率为ρ ，根 据能量守恒定律，那么
热辐射的强度取决于物体的温度，换言之，温度 这个物理量对辐射现象起着决定性的作用。 热辐射 现象极为普遍，任何物体只要温度高于绝对零度（273.15℃），就有一部分热能变为辐射能，该能量中 包含可见光与不可见的红外线两部分。
❖ 红外线
❖ 1672 年，人们发现太阳光（白光）是由各种颜色的光复合 而成，同时，牛顿做出了单色光在性质上比白色光更简单的著 名结论。使用分光棱镜就把太阳光（白光）分解为红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫等各色单色光。 1800 年，英国物理学家 赫胥 尔从热的观点来研究各种色光时，发现了红外线。
❖ 热缺陷的标准划分
❖ 根据GB73-90以及实测数据统计分析，热缺陷按温升的高 低及对设备的危害程度可将其分为一般性热缺陷、严重性 热缺陷和危险性热缺陷三种。
❖ （1）一般性热缺陷：其温升范围在10～20℃之间，与相同 运行条件下的设备相比，该接头有一定的温升，用红外成 像仪测量仅有轻微的热像特征，此种情况应引注意，检查 是否系负荷电流超标引起，并加强跟踪，防止缺陷程度的 加深。
70（护套）
矿物绝缘（不允许触及 和不与可燃物相接触的
裸护套电缆）
105（护套）
❖案
例
❖ 1：某工厂1998年4月28日发现#4主变220KV 侧C相套管将军帽处温升30℃，相间最大温差 25℃，属严重性热缺陷，在5月初大修试验时， 检测C相绕组直流电阻严重超标。进一步检查
发现，将军帽与接头的螺纹接触面上有灰尘， 导致接触不良，接触电阻增大，检修后C相电 阻合格，投运后复测温升降至10℃以下。
❖ 3：1998年12月21日检测建352开关时，变压 器侧A相接头温升77.9℃，属危险性热缺陷， 停运处理时发现A相引线线夹外侧一螺栓未紧
到位，有明显灼伤痕迹，表面严重锈蚀且稍碰 即断。更换线夹后投运正常。
❖小 结
❖ （1）红外诊断技术能及时发现、处理、预防 重大事故的发生，建立热缺陷的温升标准有助 于热缺陷的诊断和处理。
❖ （2）严重性热缺陷：发热点温升范围在20～40℃之间，或 实际温度在60～80℃之间，或设备相间温差范围在1.5～ 2.0倍之间，热像特征明显，缺陷处已造成严重热损伤，对 设备运行构成严重的威胁，此种缺陷应严加监视，条件允 许时应尽快安排停运处理。
❖ （3）危险性热缺陷：发热点温升超过40℃，或者最高温度 已超过国际GB763-90所规定的该材料最高允许值。热像图 非常清晰，外观检查可看到严重的烧伤痕迹。该种缺陷随 时可能造成突发性事故，应立即退出运行，进行彻底检修。
c、档案分析法 将测结果与设备的红外诊断技术档案相比较，来进行分析诊断
的方法。这种方法有利于对重要、结构复杂的设备进行正确的诊断， 应用这种方法需要预先为诊断对象建立红外诊断技术档案。
❖第二节 红外监测诊断技术及
其应用
❖ 红外基础知识
1、辐射的概念
受热物体内的原子或分子因获得能量从低能量级 跃迁到高能量级，当它们向下跃迁时，就可能发射出 辐射能，这类辐射能称为热辐射（有时也称为温度辐 射）。
红外线的波长在 0.76 ～ 100μm 之间，按波长的范 围可分为近红外、中红外、远红外、极远红外四类，它 在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之 间的区域。红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的 电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生 自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红 外能量，分子和原子的运动愈剧烈，辐射的能量愈大， 反之，辐射的能量愈小。
❖ 电气设备的外部热缺陷
❖ 实践证明，导体外部热缺陷的根本问题是连接不 良性缺陷，由于其裸露在空气中，因而比较容易 出现故障，其故障原因主要有以下几种：
❖ （1） 接头连接不良，螺栓未压紧。
❖ （2） 导体接触而长期运行腐蚀氧化。
❖ （3） 大气中的有害气体、灰尘引起的腐蚀。
❖ （4） 设备材质质量差，加工安装工艺不好造成 导体损伤。
电缆的运行温度
❖ 电线、电缆载流量与绝缘材料的运行温度有关，导 体的负荷在正常持续运行中产生的温升不应超过下 表表规定的温度极限。
❖ 绝缘类型 聚氯乙烯（PVC）
温度限值（℃） 70（导体）
交联聚乙烯（XLPE）
90（导体）
乙丙橡胶（EPR）
90（导体）
矿物绝缘（PVC护套或可 触及的裸护套）电缆