紅外熱像儀知識(shí)課件

1、紅外熱像儀知識(shí)了解溫度熱量是能量的一種形式。熱力學(xué)第一定律：封閉系統(tǒng)中（無能量添加或轉(zhuǎn)移），總能量恒定，能量既不會(huì)增加也不會(huì)消失。也稱為能量守恒定律。熱力學(xué)第二定律：在封閉系統(tǒng)中，熱量總是從溫度較高的區(qū)域流向或傳遞到溫度較低的區(qū)域，除非通過做功使其向反方向移動(dòng)。熱量的概念溫度的定義 溫度是某種物質(zhì)相對(duì)于某個(gè)參照物的冷熱程度的量度；是物體內(nèi)分子相對(duì)于其他物體內(nèi)分子的運(yùn)動(dòng)的一種量度。 兩個(gè)物體溫度相同，但所含熱量可能會(huì)不同。 （加熱一杯水和加熱一桶水所需的熱量一樣嗎？） 熱量的傳遞方式兩個(gè)物體有溫度差時(shí)，或一個(gè)物體的溫度改變，熱量將會(huì)從溫度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移到溫度較低的區(qū)域，直到達(dá)到熱平衡狀態(tài)。 傳導(dǎo)

2、 主要在固體中進(jìn)行，有時(shí)也在流體中進(jìn)行。較熱的分子將能量直接傳遞給較冷的分子。 對(duì)流 在流體中進(jìn)行。 輻射 通過電磁波在物體間傳遞能量，不需要傳遞介質(zhì)的存在，在真空中同樣會(huì)有輻射。請(qǐng)分別針對(duì)傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射舉例。溫度的測(cè)量有哪些溫度的測(cè)量方法？ 溫度計(jì)（水銀、煤油、酒精） 雙金屬溫度計(jì) 熱電偶 熱電阻 紅外測(cè)溫 討論：這些測(cè)溫方式的工作原理是什么？ 按照測(cè)量體是否與被測(cè)介質(zhì)接觸，可分為接觸式測(cè)溫法和非接觸式測(cè)溫法兩大類。接觸式測(cè)溫法：測(cè)溫元件直接與被測(cè)對(duì)象接觸，兩者之間進(jìn)行充分的熱交換，最后達(dá)到熱平衡。優(yōu)點(diǎn)：直觀可靠缺點(diǎn)：1）感溫元件影響被測(cè)溫度場(chǎng)的分布；2）接觸不良等會(huì)帶來測(cè)量誤差；3）另外

3、溫度太高和腐蝕性介質(zhì)對(duì)感溫 元件的性能和壽命會(huì)產(chǎn)生不利影響。測(cè)溫方式 - 接觸式測(cè)溫法非接觸式測(cè)溫法：感溫元件不與被測(cè)對(duì)象相接觸，而是通過輻射進(jìn)行熱交換。優(yōu)點(diǎn)：1）避免接觸被測(cè)目標(biāo)；2）具有較高的測(cè)溫上限； 3）非接觸式測(cè)溫反應(yīng)速度快，故便于 測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的溫度和快速變化的溫度。缺點(diǎn)： 由于受物體的發(fā)射率、被測(cè)對(duì)象到儀表之間的距離以及煙塵、水汽等其他介質(zhì)的影響，測(cè)溫誤差相對(duì)較大。 測(cè)溫方式 - 非接觸式測(cè)溫法紅外原理及紅外熱像的發(fā)展1800年英國(guó)的天文學(xué)家William Herschel 用分光棱鏡將太陽(yáng)光分解成從紅色到紫色的單色光，依次測(cè)量不同顏色光的熱效應(yīng)。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)水銀溫度計(jì)移到紅色光邊界

4、以外溫度反而比紅光區(qū)更高。后證明，在紅光外側(cè)確實(shí)存在一種人眼看不見的“熱線”，后稱為“紅外線”。 紅外輻射的發(fā)現(xiàn)X射線紫外線近紅外線紅外線短波紅外線中波紅外線長(zhǎng)波微波波長(zhǎng)單位為微米 (m)10-410-20.280.400.702.006.008.0010415.00熱測(cè)量紅外測(cè)溫原理自然界任何物體，只要溫度高于絕對(duì)零度(-273.15)，就會(huì)以電磁輻射的形式在非常寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射能量，產(chǎn)生電磁波(輻射能)。雪地和腳印毫米波紅外長(zhǎng)波紅外中波紅外短波可見光近紫外光X 射線長(zhǎng)短波長(zhǎng)圖像來源：Austin Richards 博士的 Alien Visions毫米波紅外長(zhǎng)波紅外中波紅外短波可見光近紫

5、外光X 射線 不同波長(zhǎng)的畫面何為熱成像技術(shù) 熱成像技術(shù)是利用熱感應(yīng)的紅外線成像技術(shù)。 熱像儀可生成熱而不是光的圖像，它可以測(cè)量紅外（IR）能量，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫度圖像。焦平面、非制冷 探測(cè)器（1997年)焦平面、內(nèi)循環(huán)制冷探測(cè)器 （1994年）光機(jī)掃描探測(cè)器(1958)內(nèi)循環(huán)制冷熱電制冷液氮制冷紅外熱像技術(shù)的發(fā)展過程 那些年，我們?cè)?jīng)用過的熱像儀 制冷型熱像儀巨大的體積和重量使當(dāng)時(shí)的紅外熱像檢測(cè)成為絕對(duì)的“體力活”。紅外熱像儀使用的注意事項(xiàng) 紅外熱像儀關(guān)鍵參數(shù)像素和數(shù)碼照相機(jī)一樣，熱像儀也有像素，只是像素以乘法顯示，如160120、320240等；像素越多，紅外熱像圖越清晰。 16012

6、0像素 320240像素在使用熱像儀中值得注意的問題發(fā)射率的設(shè)置空間分辨率的計(jì)算窗口材料反射/背景溫度補(bǔ)償調(diào)色板的選擇發(fā)射率：讓我們來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)不銹鋼杯子上的溫度一致嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)這個(gè)情況？不同顏色的膠帶溫度一致嗎？發(fā)射率：影響發(fā)射率的因素我們將檢測(cè)的目標(biāo)分為非金屬和金屬材料兩大部分：大多數(shù)非金屬材料（如塑料、油漆、皮革、紙張等）發(fā)射率為0.95左右，相同材質(zhì)、不同顏色的目標(biāo)其發(fā)射率非常接近，自然界中皮膚的發(fā)射率最高，為0.98。金屬100E = 0.6黑體爐(校驗(yàn)設(shè)備)100E = 1非金屬100E = 0.95發(fā)射率：影響發(fā)射率的因素金屬材料的發(fā)射率會(huì)受到下列因素的影響：材料 不同材料發(fā)

7、射率不同，如銅的發(fā)射率一般比鋁高。表面光潔度 通常表面粗糙的材料發(fā)射率比光潔表面高。表面顏色 以黑色為代表的深色系表面發(fā)射率比淺色系高。表面形狀 表面有凹陷、夾角或不平整規(guī)則的部位比平整的部位發(fā)射率高。發(fā)射率設(shè)置問題（一般檢測(cè)）以0.90固定發(fā)射 率進(jìn)行檢測(cè)，如果有金屬材質(zhì)：A 與接頭緊密連接的非金屬材料(如橡膠、塑料等) 的溫度即為接頭溫度。B 三相或多個(gè)部件進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算相對(duì)溫差。C 若只有單個(gè)部件，可在軟件內(nèi)進(jìn)行針對(duì)該部位的 發(fā)射率修正，同時(shí)比對(duì)環(huán)境溫度。D 將金屬材料部分表面貼膠帶或涂漆。發(fā)射率設(shè)置問題（精確檢測(cè)）DL/T664-2008附錄表E 常用材料發(fā)射率的參考值材 料溫度發(fā)射率

8、近似值材 料溫度發(fā)射率近似值拋光鋁或鋁箔1000.09棉紡織品(全顏色)0.95輕度氧化鋁256000.100.20絲綢0.78強(qiáng)氧化鋁256000.300.40羊毛0.78黃銅鏡面280.03皮膚0.98氧化黃銅2006000.610.59木材0.78拋光鑄鐵2000.21樹皮0.98加工鑄鐵200.44石頭0.92完全生銹軋鐵板200.69混凝土0.94完全生銹氧化鋼220.66石子0.280.44完全生銹鐵板250.80墻粉0.92完全生銹鑄鐵402500.95石棉板250.96鍍鋅亮鐵板280.23大理石230.93發(fā)射率練習(xí)：1 表面氧化的銅的發(fā)射率一般是多少？2 紅色的電纜線和黑色

9、的電纜線，哪個(gè)發(fā)射率更高？3 光亮的鋁和表面粗糙的鋁，發(fā)射率一樣嗎？所有光學(xué)系統(tǒng)都有分辨能力上的限制，尤其是在物體變得更小、 更遠(yuǎn)或更舊時(shí)！空間分辨率（IFOV）如果我們無法看到“高溫點(diǎn)”，是根本不存在？是我們離得過遠(yuǎn)？還是它太小了？空間分辨率（IFOV）空間分辨率（IFOV）空間分辨率是指紅外熱像儀能夠識(shí)別的兩個(gè)相鄰目標(biāo)的最小距離。通常用瞬時(shí)視場(chǎng)角（IFOV）的大小來表示（毫弧度 mrad）。表示熱像儀的最小角分辨單元。決定著熱像儀的清晰度，是熱像儀所能測(cè)量的最小尺寸。它與光學(xué)像質(zhì)，光學(xué)會(huì)聚系統(tǒng)焦距和紅外傳感器的線性尺寸相關(guān)。 空間分辨率（IFOV）IFOV 距離 目標(biāo)直徑/邊長(zhǎng)例如：在1米

10、外檢測(cè)一個(gè)電氣柜，熱像儀的IFOV是1.25mRad，只要最小目標(biāo)的直徑大于1.25mm，熱像儀就可以檢測(cè)出是否有溫差存在，從而發(fā)現(xiàn)電器柜內(nèi)的接頭或線纜等設(shè)備的故障，要檢測(cè)較小的目標(biāo)，空間分辨率越小越好。空間分辨率（IFOV）空間分辨率不足以辨識(shí)出目標(biāo)怎么辦？ 標(biāo)準(zhǔn)鏡頭拍攝 長(zhǎng)焦鏡頭拍攝紅外窗口 絕大多數(shù)情況下，我們看到的只是表面；但是，我們想要了解的熱量卻通常源自于內(nèi)部。 我們?nèi)绾瓮高^密閉的外殼看到內(nèi)部呢？紅外窗口材料 對(duì)于8-14m的紅外波段來說，通?？梢姽饪纱┩傅牟Ａ?、有機(jī)玻璃等材料都變得難以透過，我們需要特殊的材料作為紅外測(cè)溫的窗口。硅（Si）鍺（Ge）氟化鈣（CaF）硫化鋅（ZnS）

11、硒化鋅（ZnXe）紅外窗口玻璃鋁板紅外窗口使用紅外窗口進(jìn)行熱像檢測(cè)紅外窗口材料還有一種材料是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常用到的：保鮮塑料袋，可以為熱像儀起到保護(hù)作用。 現(xiàn)場(chǎng)有較多粉塵和水氣時(shí)作為鏡頭保護(hù)用。 在測(cè)量時(shí)必須先確認(rèn)其透過率。背景（反射）溫度補(bǔ)償發(fā)射率較低的測(cè)量目標(biāo)可以反射來自附近的背景能量，這部分額外的反射能量會(huì)被添加到測(cè)量目標(biāo)自身發(fā)射的能量中，從而使熱像儀讀數(shù)變得不準(zhǔn)確。部分情況下，位于測(cè)量目標(biāo)附近的物體（設(shè)備、或者其他熱源）的溫度會(huì)比測(cè)量目標(biāo)的溫度高出很多。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況修正“背景溫度補(bǔ)償”等參數(shù)來消除這部分干擾。 背景發(fā)射有時(shí)背景溫度補(bǔ)償也被 稱為“反射溫度補(bǔ)償”。陽(yáng)光反射金屬

12、表面對(duì)陽(yáng)光的反射性很強(qiáng)陽(yáng)光使表面發(fā)熱暗色表面會(huì)更熱請(qǐng)嘗試在清早、陰天或夜間且負(fù)載都在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行檢查 避開陽(yáng)光的反射在晴朗的室外，陽(yáng)光照射可能成為問題調(diào)色板 熱像儀一般會(huì)提供3種調(diào)色板模式：灰度、鐵紅 、紅藍(lán)彩色（彩虹）。電力系統(tǒng)專用調(diào)色板模式為：鐵紅灰度輪廓線最清晰熱點(diǎn)較難判斷鐵紅輪廓線較清晰熱點(diǎn)較易判斷紅藍(lán)彩色（彩虹）輪廓線較模糊熱點(diǎn)最易判斷維護(hù)保養(yǎng) 使用環(huán)境 鏡頭元件由鍺制成，容易打碎、擦傷和破裂，液晶顯示屏（LCD）也易于受到過大壓力的影響。為了保護(hù)您的熱像儀，不使用熱像儀時(shí)，請(qǐng)重新蓋上鏡頭蓋并將熱像儀小心存放。請(qǐng)注意熱像儀使用時(shí)所處的環(huán)境溫度，一般熱像儀可在-1050范圍內(nèi)工作；但當(dāng)環(huán)

13、境溫度在0以下，建議開機(jī)半小時(shí)后達(dá)到充分預(yù)熱再進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)連續(xù)室外檢測(cè)時(shí)間不超過20分鐘。嚴(yán)禁在雨天室外檢測(cè)，若有液體沾染到熱像儀，請(qǐng)?jiān)诘谝粫r(shí)間擦拭干凈。在低于0 的環(huán)境下，請(qǐng)勿給電池充電，否則會(huì)影響電池壽命。維護(hù)保養(yǎng) 熱像儀清潔 為了避免損壞熱像儀，請(qǐng)首先使用壓縮空氣清除大的顆粒和灰塵，然后用一塊布擦拭。 輕輕使用略微沾濕標(biāo)明用于清潔鏡頭的非腐蝕性 溶液或是溫和的稀釋肥皂溶液的軟棉布擦拭鏡頭。(絕對(duì)不要干擦） 使用干凈的電腦監(jiān)視器清潔布輕輕擦拭顯示屏。 要清潔熱像儀機(jī)身： 使用干凈略濕的布輕輕擦拭熱像儀機(jī)身。如有需 要，可用水加少量溫和肥皂配成的溶液將布浸濕。當(dāng)使用完成后，請(qǐng)盡快將熱像儀蓋

14、上鏡頭蓋，并放入攜帶箱內(nèi)保存。紅外熱像在電力系統(tǒng)的應(yīng)用電力設(shè)備發(fā)熱 1)電阻損耗：P=KfI2R 2)介質(zhì)損耗：P=U2C tg 3)鐵磁損耗：PKB02 (B0 漏磁通) 4)泄漏電流損耗：P=UI 5)缺油及其它故障設(shè)備故障類型1)電氣設(shè)備的外部故障： 主要表現(xiàn)為機(jī)械接觸不良和外部污穢引起2)電氣設(shè)備的內(nèi)部故障 主要是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設(shè)備殼體內(nèi)部的電氣回路故障和絕緣介質(zhì)劣化引起 內(nèi)部故障a）內(nèi)部電氣連接不良或觸頭不良故障。b）介質(zhì)損耗增大故障。c）絕緣老化，開裂或脫落故障。d）電壓分布不均勻或泄漏電流過大性故障。e）渦流損耗（鐵損）增大性故障。f）缺油故障。g）其他發(fā)熱故障。

15、特殊運(yùn)行方式，過負(fù)荷或電壓變化過大、單相運(yùn)行等引起的故障，或者冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理與堵塞、散熱條件差等引起的故障。影響電力設(shè)備紅外測(cè)量因素 (1)大氣影響：大氣吸收的影響 (2)顆粒影響：大氣塵埃及懸浮粒子的影響 (3)風(fēng)力影響 (4)輻射率影響 (5)測(cè)量角影響 (6)熱輻射影響：鄰近物體熱輻射的影響 (7)太陽(yáng)影響：太陽(yáng)光輻射的影響電流致熱及電壓致熱設(shè)備 電流致熱設(shè)備： 電氣設(shè)備與金屬部件的連接，金屬件與金屬 件的連接，如接頭、線夾等。 電壓致熱設(shè)備： 電流/電壓互感器、藕荷電容器、移相電容器 、高壓套管、充油套管、氧化鋅避雷器等。紅外熱像操作人員應(yīng)具備的技能紅外熱像儀操作人員應(yīng)具備：具有紅

16、外熱像技術(shù)的基本知識(shí)，了解紅外熱像儀基本結(jié)構(gòu)，掌握其基本工作原理、主要性能和操作維護(hù)方法。了解電力系統(tǒng)電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理。注意收集整理變電站常見電力設(shè)備的正常和異常熱像圖及溫度分布，進(jìn)行歸納分析，尋找熱缺陷的成因與異常熱圖之間的關(guān)系，對(duì)各種設(shè)備根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)逐一進(jìn)行分析對(duì)比，提出切實(shí)可行的檢測(cè)依據(jù)。建立紅外熱像技術(shù)的診斷方法和判斷依據(jù)。紅外熱像主要診斷方法表面溫度判斷法根據(jù)測(cè)得的設(shè)備表面溫度值，對(duì)照GB763的有關(guān)規(guī)定，可以確定一部分電流致熱型設(shè)備的缺陷。對(duì)于溫度(或溫升)超過標(biāo)準(zhǔn)，不能正常工作的設(shè)備，可根據(jù)設(shè)備溫度超標(biāo)的程度、設(shè)備負(fù)荷率的大小、設(shè)備的重要性及設(shè)備承受機(jī)械應(yīng)力的大小來確定

17、設(shè)備缺陷的性質(zhì)，對(duì)在小負(fù)荷率下溫升超標(biāo)的設(shè)備和承受機(jī)械應(yīng)力較大的設(shè)備缺陷要從嚴(yán)定性。 紅外熱像主要診斷方法溫差判斷法電流致熱型設(shè)備，若發(fā)現(xiàn)設(shè)備的熱態(tài)異常，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量并計(jì)算相對(duì)溫差值，判斷設(shè)備缺陷的程度。對(duì)于負(fù)荷率小、溫升小但相對(duì)溫差大的設(shè)備，如果有條件改變負(fù)荷率，可增大負(fù)荷電流后進(jìn)行復(fù)測(cè)，以確定設(shè)備缺陷的性質(zhì)。 紅外熱像主要診斷方法同類比較法在同一電氣回路中，當(dāng)三相電流對(duì)稱和三相(或兩相)設(shè)備相同時(shí)，比較三相(或兩相)電流致熱型設(shè)備對(duì)應(yīng)部位的溫升值，判斷設(shè)備是否正常。若三相設(shè)備同時(shí)出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設(shè)備比較。當(dāng)三相負(fù)荷電流不對(duì)稱時(shí)，應(yīng)考慮負(fù)荷電流的影響。對(duì)于型號(hào)規(guī)范相同的電壓

18、致熱型設(shè)備，可根據(jù)它們的溫升值的差異來判斷設(shè)備是否正常。電壓致熱型設(shè)備的缺陷宜用允許溫升或同類允許溫差的判斷依據(jù)確定。一般情況下，當(dāng)同類溫差超過允許溫升值的30時(shí)，應(yīng)定為重大缺陷。當(dāng)三相電壓不對(duì)稱時(shí)應(yīng)考慮工作電壓的影響。紅外熱像主要診斷方法熱譜圖分析法根據(jù)同類設(shè)備熱譜圖的差異來判斷設(shè)備是否正常。檔案分析法分析同一設(shè)備在不同時(shí)期的檢測(cè)數(shù)據(jù)(例如溫升、相對(duì)溫差和熱譜圖)，找出設(shè)備致熱參數(shù)的變化趨勢(shì)和變化速率，以判斷設(shè)備是否正常。電力系統(tǒng)紅外檢測(cè)應(yīng)用點(diǎn) 變壓器、套管、斷路器、刀閘、互感器、電力電 容器、避雷器、電力電纜、母線、導(dǎo)線、組合電 器、絕緣子串、低壓電器以及具有電流、電壓致 熱效應(yīng)或其他致熱

19、效應(yīng)的設(shè)備的二次回路等。電流致熱及電壓致熱設(shè)備 電流致熱設(shè)備： 電氣設(shè)備與金屬部件的連接，金屬件與金屬 件的連接，如接頭、線夾等。 電壓致熱設(shè)備： 電流/電壓互感器、耦合電容器、移相電容器 、高壓套管、充油套管、氧化鋅避雷器等。相對(duì)溫差判斷設(shè)備熱缺陷相對(duì)溫差是指設(shè)備基本情況(包括設(shè)備型號(hào)規(guī)范、安裝地點(diǎn)、表面狀態(tài)、負(fù)荷電流及電 壓有效值)相同的兩個(gè)對(duì)應(yīng)測(cè)量點(diǎn)之間的溫差與其中較熱點(diǎn)溫升的比值的百分?jǐn)?shù)。相對(duì)溫差t的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：t= ( (T1-T2)/ T1) 100 其中： T1-溫度較高的測(cè)點(diǎn)的溫升值， T2-正常相設(shè)備對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的溫升值相對(duì)溫差判斷設(shè)備熱缺陷當(dāng)設(shè)備某一接觸點(diǎn)的接觸電阻值達(dá)到廠家

20、規(guī)定值的5倍以上時(shí)，說明設(shè)備已經(jīng)嚴(yán)重不正常，這時(shí)相對(duì)溫差的計(jì)算值為80，因此，將t80定為重大缺陷，當(dāng)接觸電阻值達(dá)到廠規(guī)定值的20倍時(shí)，t=95，說明設(shè)備的接觸情況非常壞，隨時(shí)可能在瞬時(shí)大電流的沖擊下引發(fā)事故，應(yīng)視同緊急缺陷來對(duì)待。如果考慮當(dāng)時(shí)的運(yùn)行條件比較好(負(fù)荷電流小)，設(shè)備的實(shí)際溫升不大，不致于馬上發(fā)生事故，允許不定為緊急缺陷采取一些減少停電損失的技術(shù)措施后再行處理。絕對(duì)溫差判斷設(shè)備熱缺陷 取被測(cè)對(duì)象附近1m遠(yuǎn)的地方正常運(yùn)行的導(dǎo)線 或線路金具的最高溫度為參考溫度Ta 被測(cè)量對(duì)象的溫度為T TTTa 根據(jù)T來判斷熱缺陷情況 一般連接點(diǎn)超過70，或高于環(huán)境溫度30，即認(rèn)為有隱患存在。電氣連接 電纜連接點(diǎn)松動(dòng)是導(dǎo)致過熱故障發(fā)生的重要原因之一。電氣接頭及導(dǎo)線電氣設(shè)備的各種金屬接頭及導(dǎo)線的熱故障缺陷主要指各種裸露接頭由于壓接不良或?qū)Ь€斷股等原因：在大電流作用下，溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環(huán)造成隱患。 電氣設(shè)備導(dǎo)體各部分的溫升G：式中：I-導(dǎo)體中通過的電流 R-導(dǎo)體電阻或接觸電阻Q KT-散熱/系數(shù)W/m2.k P-導(dǎo)體或接觸件截面的周長(zhǎng)m接頭或?qū)w的溫升與通過的負(fù)荷電流平方和接觸電阻成正