紅外線測溫儀自校準誤差比對方法的研究

摘要：紅外線測溫儀由于長期用于生產(chǎn)一線進行現(xiàn)場測試，使用環(huán)境惡劣，以及日常維護保養(yǎng)不當，可能導(dǎo)致檢定有效期內(nèi)的紅外線測溫儀不能準確測量甚至設(shè)備故障，導(dǎo)致測量失準，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。根據(jù)紅外測溫原理研究了運行中的紅外線測溫儀自校準方法，使用者可用簡易自制設(shè)備隨時對紅外線測溫儀進行定性測試分析，方法簡單易行。確保紅外線測溫儀處于良好工作狀態(tài)，準確測量，減少安全隱患。
關(guān)鍵詞：紅外線測溫；自校準；黑體；基本誤差

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，紅外線測溫儀被廣泛應(yīng)用于電力線路巡視、檢修和變電運行工作中，在運行及帶電條件下檢測動力設(shè)備、配電設(shè)備、電纜、電器接頭等溫度異常，發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備缺陷。使用中的紅外線測溫儀工作狀態(tài)是否良好，直接影響著電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。為了提高工作質(zhì)量，保障安全，須開展紅外線測溫儀的自校準工作，以確保運行中的紅外線測溫儀處于良好的工作狀態(tài)。

1 黑體輻射與紅外測溫原理
一切溫度高于絕對零度的物體都在不停地向周圍空間發(fā)出紅外輻射能量。物體的紅外輻射能量的大小及其按波長的分布與它的表面溫度有著十分密切的關(guān)系，因此，通過對物體自身輻射的紅外能量的測量，測溫儀的光學(xué)系統(tǒng)在探測器上轉(zhuǎn)為電信號并通過紅外測溫儀的顯示部分顯示出被測物體的表面溫度，便能準確地測定它的表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據(jù)的客觀基礎(chǔ)。
紅外測溫儀特點：非接觸式測量，測溫范圍廣，響應(yīng)速度快，靈敏度高，但由于受被測對象的發(fā)射率影響，幾乎不可能測到被測對象的真實溫度，測量的是表面溫度。
紅外線測溫儀的標準化檢定方法是采用黑體爐檢定。黑體是指在任何情況下對一切波長的入射輻射的吸收率都等于1的物體，黑體是一種理想化的物體模型，因此引入了一個隨材料性質(zhì)及表面狀態(tài)變化的輻射系數(shù)，即發(fā)射率，它的定義為實際物體與同溫度黑體輻射性能之比。物體的輻射與吸收紅外輻射規(guī)律滿足基爾霍夫定律，當一束輻射投射到任一物體表面時，根據(jù)能量守恒原理，物體對入射輻射的吸收率、反射率、透過率三者之和必等于1，一般發(fā)射率不容易測定，通常可通過測量吸收率來確定發(fā)射率，所以黑體輻射源作為輻射標準用來檢定各種紅外輻射源的輻射強度。
紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。被測物體和反射源的輻射線經(jīng)調(diào)制器解調(diào)后輸入到紅外檢測器。兩信號的差值經(jīng)反放大器放大并控制反饋源的溫度，使反饋源的光譜輻射亮度和物體的光譜輻射亮度一樣。顯示器指示出被測物體亮度溫度。紅外測溫儀所測的溫度是物體的輻射溫度而不是物體的實際溫度，由于絕對黑體是不存在的，在同一溫度下實際物體熱輻射總量總比絕對黑體輻射總量小，所以紅外線測溫儀測出的溫度肯定應(yīng)小于物體的真實溫度。測溫時應(yīng)盡可能的將紅外測溫儀發(fā)射率設(shè)置(針對可調(diào)節(jié)發(fā)射率的紅外線測溫儀)成與被測材料相同的發(fā)射率值的發(fā)射率，盡可能使測量示值與被測物的真實溫度一致。
紅外線測溫儀目前用途廣泛，已成為檢測電氣設(shè)備缺陷的重要工具。由于長期用于生產(chǎn)一線，現(xiàn)場測試變電站的電氣設(shè)備出線接頭、T型線夾、穿墻套管接頭、母排節(jié)點、刀閘刀口、電纜接頭；輸電線路的導(dǎo)線連接管、線夾或?qū)Ь€連接處等。由于現(xiàn)場使用環(huán)境惡劣以及日常維護保養(yǎng)不當可能引起運行中的紅外線測溫儀不能準確測量甚至設(shè)備故障，導(dǎo)致測量失準，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文根據(jù)紅外測溫原理研究了運行中的紅外線測溫儀自校準方法，簡單易行，使用單位可根據(jù)此方法自制自校準設(shè)備，在現(xiàn)場測試前對紅外線測溫儀進行自校準比對，判斷紅外線測溫儀是否處于良好的工作狀態(tài)，可開展測試工作，以減少安全隱患。

2 紅外線測溫儀的自校準方法介紹
紅外線測溫儀確保測溫精度最重要的因素是發(fā)射率，到光斑的距離，光斑的位置，視場。通過與紅外測溫專家和設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的溝通和咨詢，經(jīng)過多種方法反復(fù)實踐，參照黑體爐的原理自制了一套校準設(shè)備，并通過比對的方法驗證了該方法自校準比對切實可行。自校準時完成基本誤差的比對、測量距離變化影響、以及發(fā)射率的范圍的確定，測試前將紅外線測溫儀調(diào)整到最佳狀態(tài)再用于現(xiàn)場測試。
現(xiàn)將紅外線測溫儀的自校準方法介紹如下：
2．1 自制簡易黑體水箱
參照黑體爐的原理和實際工作經(jīng)驗，在自校準中采用的比對標準是自制簡易黑體水箱，水箱規(guī)格為450 mmx300 mm，自鐵皮制作，內(nèi)部裝有電加熱器。用一塊穩(wěn)定性較好的1．5級壓力式溫度計(可用檢定過的玻璃液體溫度計代替)作為標準器測試水箱內(nèi)溫度，考慮到由于對大多數(shù)有機材料、油漆或氧化表面的表面溫度進行測量時要用黑膠布或平光黑漆涂于被測表面加以補償，使黑膠布或黑漆達到與基底材料相同溫度時，測量膠布或漆表面的溫度，即為真實溫度的工作經(jīng)驗。同時考慮光斑定位測試，用80 mmx80 mm的黑膠布粘貼在與壓力式溫度計探頭同一深度的液面，待水箱中的水沸騰5 min后，水箱中的溫場均勻時用紅外線測試儀瞄準黑膠布中心點進行比對。

2．2 量值傳遞溯源
為了保證開展的自校準工作有效，使用的比對標準器為BWY-803溫度控制器，溯源到本企業(yè)二等水銀溫度計標準裝置。