紅外熱像儀知識課件

1、紅外熱像儀知識了解溫度熱量是能量的一種形式。熱力學第一定律：封閉系統(tǒng)中（無能量添加或轉(zhuǎn)移），總能量恒定，能量既不會增加也不會消失。也稱為能量守恒定律。熱力學第二定律：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。熱量的概念溫度的定義 溫度是某種物質(zhì)相對于某個參照物的冷熱程度的量度；是物體內(nèi)分子相對于其他物體內(nèi)分子的運動的一種量度。 兩個物體溫度相同，但所含熱量可能會不同。 （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物體有溫度差時，或一個物體的溫度改變，熱量將會從溫度較高的區(qū)域轉(zhuǎn)移到溫度較低的區(qū)域，直到達到熱平衡狀態(tài)。 傳導

2、 主要在固體中進行，有時也在流體中進行。較熱的分子將能量直接傳遞給較冷的分子。 對流 在流體中進行。 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，在真空中同樣會有輻射。請分別針對傳導、對流、輻射舉例。溫度的測量有哪些溫度的測量方法？ 溫度計（水銀、煤油、酒精） 雙金屬溫度計 熱電偶 熱電阻 紅外測溫 討論：這些測溫方式的工作原理是什么？ 按照測量體是否與被測介質(zhì)接觸，可分為接觸式測溫法和非接觸式測溫法兩大類。接觸式測溫法：測溫元件直接與被測對象接觸，兩者之間進行充分的熱交換，最后達到熱平衡。優(yōu)點：直觀可靠缺點：1）感溫元件影響被測溫度場的分布；2）接觸不良等會帶來測量誤差；3）另外

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

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波微波波長單位為微米 (m)10-410-20.280.400.702.006.008.0010415.00熱測量紅外測溫原理自然界任何物體，只要溫度高于絕對零度(-273.15)，就會以電磁輻射的形式在非常寬的波長范圍內(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波紅外中波紅外短波可見光近紫外光X 射線長短波長圖像來源：Austin Richards 博士的 Alien Visions毫米波紅外長波紅外中波紅外短波可見光近紫

5、外光X 射線 不同波長的畫面何為熱成像技術 熱成像技術是利用熱感應的紅外線成像技術。 熱像儀可生成熱而不是光的圖像，它可以測量紅外（IR）能量，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應的溫度圖像。焦平面、非制冷 探測器（1997年)焦平面、內(nèi)循環(huán)制冷探測器 （1994年）光機掃描探測器(1958)內(nèi)循環(huán)制冷熱電制冷液氮制冷紅外熱像技術的發(fā)展過程 那些年，我們曾經(jīng)用過的熱像儀 制冷型熱像儀巨大的體積和重量使當時的紅外熱像檢測成為絕對的“體力活”。紅外熱像儀使用的注意事項 紅外熱像儀關鍵參數(shù)像素和數(shù)碼照相機一樣，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)射率的設置空間分辨率的計算窗口材料反射/背景溫度補償調(diào)色板的選擇發(fā)射率：讓我們來看一個實驗不銹鋼杯子上的溫度一致嗎？為什么會出現(xiàn)這個情況？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的目標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(校驗設備)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)射率設置問題（一般檢測）以0.90固定發(fā)射 率進行檢測，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 三相或多個部件進行比對，計算相對溫差。C 若只有單個部件，可在軟件內(nèi)進行針對該部位的 發(fā)射率修正，同時比對環(huán)境溫度。D 將金屬材料部分表面貼膠帶或涂漆。發(fā)射率設置問題（精確檢測）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：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、 更遠或更舊時！空間分辨率（IFOV）如果我們無法看到“高溫點”，是根本不存在？是我們離得過遠？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別的兩個相鄰目標的最小距離。通常用瞬時視場角（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，是熱像儀所能測量的最小尺寸。它與光學像質(zhì)，光學會聚系統(tǒng)焦距和紅外傳感器的線性尺寸相關。 空間分辨率（IFOV）IFOV 距離 目標直徑/邊長例如：在1米

10、外檢測一個電氣柜，熱像儀的IFOV是1.25mRad，只要最小目標的直徑大于1.25mm，熱像儀就可以檢測出是否有溫差存在，從而發(fā)現(xiàn)電器柜內(nèi)的接頭或線纜等設備的故障，要檢測較小的目標，空間分辨率越小越好?？臻g分辨率（IFOV）空間分辨率不足以辨識出目標怎么辦？ 標準鏡頭拍攝 長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 對于8-14m的紅外波段來說，通?？梢姽饪纱┩傅牟ＡА⒂袡C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行熱像檢測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作用。 現(xiàn)場有較多粉塵和水氣時作為鏡頭保護用。 在測量時必須先確認其透過率。背景（反射）溫度補償發(fā)射率較低的測量目標可以反射來自附近的背景能量，這部分額外的反射能量會被添加到測量目標自身發(fā)射的能量中，從而使熱像儀讀數(shù)變得不準確。部分情況下，位于測量目標附近的物體（設備、或者其他熱源）的溫度會比測量目標的溫度高出很多。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場情況修正“背景溫度補償”等參數(shù)來消除這部分干擾。 背景發(fā)射有時背景溫度補償也被 稱為“反射溫度補償”。陽光反射金屬

12、表面對陽光的反射性很強陽光使表面發(fā)熱暗色表面會更熱請嘗試在清早、陰天或夜間且負載都在運行時進行檢查 避開陽光的反射在晴朗的室外，陽光照射可能成為問題調(diào)色板 熱像儀一般會提供3種調(diào)色板模式：灰度、鐵紅 、紅藍彩色（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較難判斷鐵紅輪廓線較清晰熱點較易判斷紅藍彩色（彩虹）輪廓線較模糊熱點最易判斷維護保養(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。為了保護您的熱像儀，不使用熱像儀時，請重新蓋上鏡頭蓋并將熱像儀小心存放。請注意熱像儀使用時所處的環(huán)境溫度，一般熱像儀可在-1050范圍內(nèi)工作；但當環(huán)

13、境溫度在0以下，建議開機半小時后達到充分預熱再進行檢測，同時連續(xù)室外檢測時間不超過20分鐘。嚴禁在雨天室外檢測，若有液體沾染到熱像儀，請在第一時間擦拭干凈。在低于0 的環(huán)境下，請勿給電池充電，否則會影響電池壽命。維護保養(yǎng) 熱像儀清潔 為了避免損壞熱像儀，請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。 要清潔熱像儀機身： 使用干凈略濕的布輕輕擦拭熱像儀機身。如有需 要，可用水加少量溫和肥皂配成的溶液將布浸濕。當使用完成后，請盡快將熱像儀蓋

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)的應用電力設備發(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)缺油及其它故障設備故障類型1)電氣設備的外部故障： 主要表現(xiàn)為機械接觸不良和外部污穢引起2)電氣設備的內(nèi)部故障 主要是指封閉在固體絕緣、油絕緣以及設備殼體內(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、特殊運行方式，過負荷或電壓變化過大、單相運行等引起的故障，或者冷卻系統(tǒng)設計不合理與堵塞、散熱條件差等引起的故障。影響電力設備紅外測量因素 (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)風力影響 (4)輻射率影響 (5)測量角影響 (6)熱輻射影響：鄰近物體熱輻射的影響 (7)太陽影響：太陽光輻射的影響電流致熱及電壓致熱設備 電流致熱設備： 電氣設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具備的技能紅外熱像儀操作人員應具備：具有紅

16、外熱像技術的基本知識，了解紅外熱像儀基本結構，掌握其基本工作原理、主要性能和操作維護方法。了解電力系統(tǒng)電氣設備的結構和工作原理。注意收集整理變電站常見電力設備的正常和異常熱像圖及溫度分布，進行歸納分析，尋找熱缺陷的成因與異常熱圖之間的關系，對各種設備根據(jù)其結構特點逐一進行分析對比，提出切實可行的檢測依據(jù)。建立紅外熱像技術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)測得的設備表面溫度值，對照GB763的有關規(guī)定，可以確定一部分電流致熱型設備的缺陷。對于溫度(或溫升)超過標準，不能正常工作的設備，可根據(jù)設備溫度超標的程度、設備負荷率的大小、設備的重要性及設備承受機械應力的大小來確定

17、設備缺陷的性質(zhì)，對在小負荷率下溫升超標的設備和承受機械應力較大的設備缺陷要從嚴定性。 紅外熱像主要診斷方法溫差判斷法電流致熱型設備，若發(fā)現(xiàn)設備的熱態(tài)異常，應按規(guī)定進行準確測量并計算相對溫差值，判斷設備缺陷的程度。對于負荷率小、溫升小但相對溫差大的設備，如果有條件改變負荷率，可增大負荷電流后進行復測，以確定設備缺陷的性質(zhì)。 紅外熱像主要診斷方法同類比較法在同一電氣回路中，當三相電流對稱和三相(或兩相)設備相同時，比較三相(或兩相)電流致熱型設備對應部位的溫升值，判斷設備是否正常。若三相設備同時出現(xiàn)異常，可與同回路的同類設備比較。當三相負荷電流不對稱時，應考慮負荷電流的影響。對于型號規(guī)范相同的電壓

18、致熱型設備，可根據(jù)它們的溫升值的差異來判斷設備是否正常。電壓致熱型設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，當同類溫差超過允許溫升值的30時，應定為重大缺陷。當三相電壓不對稱時應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)同類設備熱譜圖的差異來判斷設備是否正常。檔案分析法分析同一設備在不同時期的檢測數(shù)據(jù)(例如溫升、相對溫差和熱譜圖)，找出設備致熱參數(shù)的變化趨勢和變化速率，以判斷設備是否正常。電力系統(tǒng)紅外檢測應用點 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 熱效應或其他致熱

19、效應的設備的二次回路等。電流致熱及電壓致熱設備 電流致熱設備： 電氣設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。相對溫差判斷設備熱缺陷相對溫差是指設備基本情況(包括設備型號規(guī)范、安裝地點、表面狀態(tài)、負荷電流及電 壓有效值)相同的兩個對應測量點之間的溫差與其中較熱點溫升的比值的百分數(shù)。相對溫差t的數(shù)學表達式為：t= ( (T1-T2)/ T1) 100 其中： T1-溫度較高的測點的溫升值， T2-正常相設備對應測點的溫升值相對溫差判斷設備熱缺陷當設備某一接觸點的接觸電阻值達到廠家

20、規(guī)定值的5倍以上時，說明設備已經(jīng)嚴重不正常，這時相對溫差的計算值為80，因此，將t80定為重大缺陷，當接觸電阻值達到廠規(guī)定值的20倍時，t=95，說明設備的接觸情況非常壞，隨時可能在瞬時大電流的沖擊下引發(fā)事故，應視同緊急缺陷來對待。如果考慮當時的運行條件比較好(負荷電流小)，設備的實際溫升不大，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措施后再行處理。絕對溫差判斷設備熱缺陷 取被測對象附近1m遠的地方正常運行的導線 或線路金具的最高溫度為參考溫度Ta 被測量對象的溫度為T TTTa 根據(jù)T來判斷熱缺陷情況 一般連接點超過70，或高于環(huán)境溫度30，即認為有隱患存在。電氣連接 電纜連接點松動是導致過熱故障發(fā)生的重要原因之一。電氣接頭及導線電氣設備的各種金屬接頭及導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。 電氣設備導體各部分的溫升G：式中：I-導體中通過的電流 R-導體電阻或接觸電阻Q KT-散熱/系數(shù)W/m2.k P-導體或接觸件截面的周長m接頭或?qū)w的溫升與通過的負荷電流平方和接觸電阻成正