Инструкция по эксплуатации и техническое описание пирометра ИКАР-4

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ

СЛУЖБА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

ИНСТРУКЦИЯ

по эксплуатации пирометра ИКАР-4 и техническое описание

Инструкцию должен знать ИТР РЭСов, оперативный персонал, оперативно-производственный персонал.

1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

1.1.Пирометр предназначен для дистанционного контроля нагретых частей промышленного оборудования.

1.2.Конкретные области применения:

- выявление неисправных контактных соединений электрооборудования

0,4 – 35кВ, выявление перегретых или охлажденных элементов электрооборудования (тиристоров, диодов, шунтирующих сопротивлении и т.п.), контроль эффективности теплоизоляции, контроль исправности подшипников механических узлов, контроль равномерности поля поверхностей нагрева или охлаждения, контроль процессов сушки и охлаждения и др.

1.3.Условил эксплуатации пирометра:

-температура окружающей среды от -200 до 40 °С;

-относительная влажность воздуха до 95% при температуре 30 °С;

-электропитание от двух встроенных батарей аккумуляторов 7Д-0Д15У1Д, ГОСТ 21446-75;

-заряд от сети переменного тока 220В ± 10%;

-зарядное устройство - встроено.

2.Технические данные.

2.1.Пирометр измеряет разность между температурой окружающей среды или опорного источника и температурой объекта в диапазоне ±2°С – ±20 °С и ±10 °С – ±100 °С.2.2.Минимальная обнаруживаемая разность температур 2°С при 20°С.

2.3.Угол поля зрения 2,8 °С.

2.4.Время установления показания не более 0,5с.

2.5.Приемник излучения - неохлаждаемый иммерсионный полупроводниковый болометр типа БП-2.

2.6.Наведение на объект по прицелу, без подстройки на различных дальностях.

2.7.Время запоминания показания индикатора, предшествующего нажатию кнопки «память» - не менее 10с.

2.8.Соответствие яркости свечения светового индикатора показанию стрелочного индикатора - от 3/4 до 3/4 длины шкалы последнего.

2.9.Установка нуля автоматическая. Ручная корректировка нуля необходима в течение не более 1 часа после изменения температуры окружающей среды на 20 °С и более.

2.10.Время готовности пирометра к работе после включения - 1 минута.

2.11.Ресурс питания после 15-часового заряда - не менее 5 час непрерывной работы. Допускается заряд длительностью до 30 часов, не увеличивающий ресурса.

2.12.Габариты 85х150х165мм.

2.13.Масса 600 г.

3.Состав пирометра.

3.1.Пирометр ИКАР-4 - I шт.

3.2.Шнур для заряда от сети -I шт.

3.3.Техническое описание и инструкция по эксплуатации - I шт.

4.Устройство и работа пирометра.

4.1. Принцип действия.

Действие пирометра основано на улавливании инфракрасного (ИК) излучения, испускаемого объектом, интенсивность которого пропорциональна температуре объекта. ИК лучи, пройдя через входное отверстие пирометра, фокусируются иммерсионной германиевой линзой на приемной площадке, на которой нанесен тончайший слой полупроводника, образующий чувствительный к нагреву резистор. Сфокусированное ИК излучение вызывает нагрев резистора и изменение его сопротивления, которое измеряется электронной схемой. Рядом на одной подложке с резистором, принимающим ИК излучение, размещен такой ее резистор, защищенный от действия излучения, который используется для температурной компенсации при изменении собственной температуры подложки, а, следовательно, температуры корпуса приемника и всего прибора. Оба резистора составляют термокомпенсирован-ный полумост, образующий с внешними цепями измерительный мост, включенный на входе чувствительного усилителя постоянного тока. Выходной сигнал последнего подается на узел индикации и памяти и далее на узел сигнализации. Эти два узла нажатием кнопки "память" могут быть переведены в режим запоминания последнего (перед нажатием кнопки) показания. Узел индикации и запоминания имеет выход на стрелочный индикатор, который проградуированный от 00 до 200 . Узел сигнализации управляет свечением светодиода. Работа узлов согласована таким образом, что свечение светодиода становится заметным при отклонении стрелки на 1/4 шкалы, при дальнейшем отклонении яркость увеличивается и становится максимальной при отклонении на 1/4 шкалы.

Установка баланса входного усилителя постоянного тока осуществляется узлом автоматической балансировки, что позволяет избежать применения двухступенчатой грубой и точной ручной балансировки и необходимости постоянной корректировки нуля при изменении окружающей температуры. Последнее вызвано неидеальностью термокомпенсации приемника излучения, обусловленное различной зависимостью сопротивления облучаемого и компенсационного резисторов от температуры в рабочем диапазоне температур окружающей среды.

4.2.Схема электрическая принципиальная.

4.2.1.Приемник ИК излучения (иммерсионный болометр БП-2), состоящий из двух резисторов, образующих полумост совместно с резисторами Р5, P6, P7 составляет мост, питающийся стабилизированным напряжением со стабилитронов 1, 2. К измерительной диагонали подключен дифференциальный УПТ А 1,охваченный отрицательными обратными связями по двум параллельным цепям:

динамической –P11, Р9, С2 и статической - Р13, СЗ, А2, Р8, Р9.

Динамическая обратная связь определяет коэффициент усиления УПТ A1 для быстроизменяющегося выходного сигнала, приемника со временем установления менее 1 сек. Это полезный сигнал, вызывающий отклонение индикатора. Статическая обратная связь, имеющая в своей цепи УПТ А2, действует на постоянном токе и инфранизких частотах менее 0,01 Гц и устанавливает для них коэффициент усиления УПТ A1 близким к 1. Таким сигналом является температурный дрейф выходного напряжения приемника излучения, достигающий милливольта на градус изменения температуры корпуса. Резистор устанавливает начальный баланс измерительного моста при температуре +20 °С. При этом выходное постоянное напряжение УПТ A1 устанавливается равным +100...140 мВ, что обеспечивает положительную полярность напряжения на полярных конденсаторах С4 и СЗ, необходимую для обеспечения минимальных токов утечки. УПТ A3 (узел индикации и запоминания) нагружен на стрелочный индикатор РА и обеспечивает коэффициент усиления 5 на пределе 0...20 и коэффициент 1 на пределе 0...I00. При нажатии кнопки «Память» УПТ A3 отключается от А1, а напряжение его высокоомного неинвентирующего входа запоминается конденсатором С4. Время его разряда определяется током утечки и превышает 1000С.

Нуль показания индикатора РА устанавливается резистором PI8, являющимся единственным регулятором, выведенным наружу.

УПТ А4(узел сигнализации) обеспечивает согласование диапазона яркости свечения светодиода 4 с диапазоном отклонения индикатора РА.

В положении переключателя 2"Выкл." обеспечивается полное отключение батарей аккумуляторов от схемы и подключение к цепи заряда 3,Р12,Р15. Ток заряда при включении в сеть переменного тока 220 В около 10 мА.

4.3. Конструкция.

4.3.1.Пирометр выполнен в литом корпуса из ударопрочного полистирола в форме пистолета. Корпус состоит из двух половин, скрепленных шестью, винтами при помощи трех внутренних стоек. Все узлы пирометра (печатная плата с электронной схемой, органы управления, индикаторы ,батареи аккумуляторов, приемник излучения, зарядный разъем) закреплены на левой половине корпуса. Правая половина съемная, снятие ее обеспечивается выкручиванием трех винтов справа. После снятия правой половины возможен доступ к любому узлу пирометра для ремонта и регулировки.

Внимание! Винты на левой половине корпуса выкручивать только при полной разборке, после снятия правой половины.

5.Общие указания по эксплуатации.

5.1.Условия эксплуатации пирометра изложены в разделе 1. Перед началом эксплуатации путем внешнего осмотра убедитесь в отсутствии внешних дефектов, поломок, следов ударов (трещин, вмятин) из-за неправильной транспортировки.

Внимание! Категорически запрещается направлять пирометр на солнце даже в выключенном состоянии во избежание выхода из строя приемника излучения!

5.2.Перед началом эксплуатации зарядите батарею аккумуляторов, встроенную в пирометр. При помощи специального шнура подключите разъем на рукоятке корпуса к сети переменного тока напряжением 220 В. Время полного заряда - 15 час. Ресурс непрерывной работы пирометра после полного заряда не менее 5 часов. О нормальном процессе заряда свидетельствует небольшое нагревание верхней части корпуса (над стрелочным индикатором) после 1-2 часов заряда.

6.Порядок работы.

6.1.Включите пирометр переключателем пределов в положение 20 или 100 (одна или две красные точки соответственно).

6.2.Для автоматической установки нуля направьте пирометр на предмет, имеющий температуру окружающей среды, небо (в сторону от солнца!), стены и землю, не нагретые солнцем, поверхность воды, траву, стены и пол помещения и т.п.

6.3.В течение 1 минуты после включения не вращайте ручку установки нуля. Если пирометр до выключения был сбалансирован то сейчас регулировка, вероятно, не потребуется, ноль установиться автоматически через 1 минуту или потребуется минимальная корректировка.

6.4.Установите стрелку индикатора на ноль, после чего пирометр готов к работе.

6.5.Направьте пирометр на объект, температуру которого необходимо измерить, В течение 1-2 сек. после этого нажмите кнопку памяти и держите ее нажатой столько времени, сколько необходимо для считывания показания индикатора, после чего она может быть отпущена.

6.6.Внимание! Сразу после нажатия кнопки памяти необходимо направить пирометр на объект с окружающей температурой(см.п.6.2). Это необходимо для обеспечения автоматической установки начального нуля перед следующим измерением. Если этого на сделать и длительно удерживать пирометр направленным на объект, имеющий температуру отличную от окружающей, произойдет должная установка нуля по этому объекту и в дальнейшем необходимо будет ждать правильной его установки.

6.7.Следует помнить, что пирометр измеряет разность температур окружающей среды и объекта измерения. Разность может быть положительна и отрицательна. Если стрелка индикатора отклонилась влево от нуля это значит, что объект холоднее окружающей температуры. Для измерения температуры такого объекта необходимо по п.6.4 стрелку установить на максимальное отклонение, а при измерении шкалу считать обратной т.е. отклонение стрелки влево с 20 до 15 соответствует отрицательной разнице в 5 .

6.8.Отклонение стрелки индикатора на 1/4 шкалы и более сопровождается зажиганием светового индикатора, причем , a участка от 1/4 до 3/4 длины шкалы яркость свечения пропорциональна отклонению стрелки.

Световой индикатор используется в затемненных помещениях для поиска нагретых узлов, где наблюдение за стрелочным индикатором затруднено.

6.9.Переключение пределов измерения с предела 100° на предел 20° рекомендуется производить через положение "Выкл.", т.е. с предела 100 пирометр необходимо выключить, а через 10...20 секунд включить на предел 20.

Это ускоряет установление нуля и исключает длительное (около 1 мин.) зашкаливание стрелки влево, что приводит к ухудшению работы памяти в течение ближайших 3...5 минут сползания показания в сторону уменьшения.

7.Некоторые нетипичные способы

применения пирометра.

7.1.Выявление перегретого узла из ряда нагретых до температуры более 20 °С или 100 °С.

7.1.1.Выполнить требования п.п.6.1, 6.2, 6.3.

7.1.2.Направить пирометр на исправный нагретый узел и зафиксировать показание кнопкой памяти. Очевидно при этом стрелка индикатора отклонится до ограничителя ("зашкалит") вправо.

7.1.3.Выполнить требования п.6.6.

7.1.4. Незамедлительно после выполнения операций по п.п.7.1.2 и 6.6 ручкой установки нуля, вращая ее против часовой стрелки, и продолжая удерживать кнопку памяти, вернуть стрелку индикатора на первую четверть шкалы до погасания светового индикатора.

7.1.5.Отпустить кнопку памяти. Стрелка индикатора отклонится до ограничителя влево.

7.1.6.Проверить правильность регулировки, направив пирометр на нагретый исправный узел. Отклонение стрелки должно соответствовать установленному в п.7.1.4. При необходимости его можно скорректировать ручкой установки нуля, зафиксировав показание кнопкой памяти.

Не забывайте выполнять требования п.6.6.!

7.1.7.Пирометр готов к работе. Величина перегрева узла, вызывающего отклонения, отличные от установленного в 7.1.4 значения, определяется как разница по шкале пирометра с учетом включенного предела и поправочного коэффициента, учитывающего нелинейность зависимости плотности инфракрасного излучения от температуры. При температурах объектов 0..100 °С погрешность невелика, ею можно пренебречь. При измерениях на уровнях 100...300 °С это недопустимо. Прирост излучаемой энергии при нагреве от 300 до 3100 °С в 8 раз больше, чем прирост при нагреве от 20 до 30 °С. Это значит, что пирометр будет иметь меньший диапазон шкалы, например, не 20 °С, а всего 2,5 °С. Для определения поправки необходимо знать, хотя бы ориентировочно, температуру, относительно которой определяется перегрев. По этой температуре из приведенной табл. 1 определяются диапазоны шкал на пределах 20 и 100 °С.

Таблица №1

Промежуточным значением температуры объекта с достаточной степенью точности соответствуют промежуточные значения диапазонов шкалы.

7.2.Выявление локальных перегревов или охлаждений на поверхности, нагретой выше 100 °С.

7.2.1.Включить пирометр на предел, соответствующий предполагаемой разнице температур на обследуемой поверхности с учетом изложенного в п.7.1.7. и табл.1.

7.2.2.Направить на обследуемую поверхность для автоматической установки нуля в течение 1 мин.

7.2.3.Остановить,если это необходимо, стрелку индикатора на нуль, середину или максимум шкалы в зависимости от знака предполагаемого перепада температуры.

7.2.4.В дальнейшем необходимо следить за тем, чтобы пирометр был постоянно направлен на обследуемую поверхность, т.к. в данном случае она используется в качестве опорного излучения, по которому устанавливается начальный нуль.

7.2.5.Отсчет температур делать по п.7.1.7 с учетом табл.1.

8.Методические рекомендации по использованию пирометра.

8.1.Учет излучательной способности поверхности объекта.

Интенсивность ИК излучения, улавливаемого пирометром, зависит от температуры объекта и состояния его поверхности – излучательной способности. Идеальным ИК излучатели является "абсолютно черное" тело. Поверхность такого тела излучает максимальное количество энергии при данной температуре. Реальные поверхности излучают меньше энергии, что характеризуется коэффициентом излучения. Для абсолютно черного"тела коэффициент излучения равен единице, для реальных поверхностей всегда меньше единицы и численно показывает, какую часть энергии излучает эта поверхность по сравнению с"абсолютно черной" поверхностью с такой же температурой. Калибровка (градуировка) пирометра производится по "абсолютно черному" телу, точнее по его модели, а коэффициент излучения реальных поверхностей необходимо учитывать в виде поправки к показанию индикатора.

Поправочный коэффициент нелинейно зависит от коэффициента излучения и с достаточной для практики точностью может быть взят из таблицы. На поправочный коэффициент необходимо умножить показание индикатора пирометра для известных поверхностей излучения.

Если для какого-то объекта поправочный коэффициент вызывает сомнения, часть поверхности объекта, если это возможно, закрашивается масляной краской или лаком, вторые имеют поправочный коэффициент близкий к единице. Закрашенную часть поверхности используют для измерения истинной температуры и определения поправочного коэффициента которым пользуются в дальнейшем.

8.2.Учет угла поля зрения пирометра.

Угол поля зрения пирометра по уровню 0,5 составляет 2,8 град. и целиком определяется параметрами иммерсионного болометра - приемника ИКизлучения. При таком угле поля зрения пирометр диаметром 5 см и площадью 20 см2 на поверхности объекта, удаленного на 1м.

Эти размеры связаны прямой зависимостью - удвоение расстояния вызывает удвоение диаметра площадки и учетверение площади, с которой принимается излучение. Это соотношение необходимо помнить при работе с пирометром, учитывать и умело применять. Если контролируемый объект не полностью перекрывает угол поля зрения пирометра, показания не будут достоверными.

Погрешность будет равна отношению площадей контролируемого объекта и площади, с которой принимается излучение на данном расстоянии. Например, если измеряется температура контактного соединения, имеющего площадь 5x5 см2 с расстояния 2м, показание пирометра будет занижено в 3,2 раза, т.к. площадь, с которого принимается излучение для этого расстояния - 80 см2 (круг диаметром 10 см), площадь объекта 25 см2, соотношение площадей 3,2 раза. Если показание пирометра 10, истинный перегрев 32, абсолютная температура 320 + окружающая температура. С расстояния 3 м этот же контакт даст показание только 4,5 .

Чтобы избежать ошибок и добиться хорошей воспроизводимости результатов измерений, полезно запомнить следующее:

расстояние до объекта - 1,2,3м, площадь, с которой принимается излучение, соответственно - 20,80,180 см2, диаметры площадок - 5,10,15 см.

9.Возможные неисправности пирометра и способы их устранения

9.1.Перечень возможных неисправностей, их вероятные причины и способы их выявления и устранения приведен таблице 2.

Таблица 2.

9.2.Внимание! Вскрытие, регулировку и ремонт пирометра необходимо производить только в лабораторных условиях квалифицированным персоналом.

10.Техническое обслуживание, правила хранения и транспортировки.

Для обеспечения исправности пирометра в течение длительного срока выполняйте следующие требования:

10.1.Храните пирометр в сухом и не пыльном помещении, в полиэтиленовом пакете.

10.2.Не подвергайте пирометр ударам и сильной тряске. Для транспортировки обеспечьте мягкую упаковку.

10.3.После работы на влажном воздухе или на морозе выдержите пирометр в сухом помещении без упаковки в течение нескольких часов.

10.4.Оберегайте от царапин и соприкосновения с другими предметами иммерсионную германиевую линзу. При загрязнении протрите ее ватой, смоченной спиртом или дистиллированной водой. Помните, что приемник - "сердце" пирометра и самая дорогая его деталь.

10.5.Своевременно заряжайте аккумуляторы, не допускайте их глубокого разряда, это приведет к преждевременному выходу их из строя.