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1、第十二章 红外技术与监测诊断应用,本章重点： 1、红外测温仪器的组成及原理 2、红外点温仪距离系数的定义及其意义 3、红外诊断技术的内容,一、红外基础知识,第十二章 红外技术与监测诊断应用,红外线像其他电磁波一样遵循相同的物理定律：以光速传播，可被吸收、散射、反射、折射等，可用辐射定律描述。 红外线的波长范围是0.78m到1000m 近红外区： 0.78 1.5m 中红外区： 1.56m 远红外区： 615m 极远红外区：151000m,第十二章 红外技术与监测诊断应用,热辐射的现象极为普遍，任何物体，只要它的温度高于绝对零度(-273.15 )，就有一部分热能变为辐射能，物体温度不同，辐射的
2、波长组成成分不同，辐射能的大小也不同，该能量中包含可见光与不可见的红外线两部分。 物体的温度在千摄氏度以下的，其热辐射中最强的波均为红外辐射。物体温度达到300时，其热辐射中最强的波波长为5m，是红外线；到500左右时才会出现暗红色的辉光；当温度到800时，此时的辐射已有足够的可见光成分，呈现“赤热”状态，但其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。 红外辐射指的就是从可见光的红端到毫米波的宽广波长范围内的电磁波辐射。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,二、红外测温简介 红外测温仪器主要由精密光学系统和红外探测器两部分组成。光学
3、系统用于收集处于视场内的辐射源发射的红外辐射功率，再把它聚集到探测器响应平面上；它与红外探测器一起决定测温设备的视场和空间分辨率。该系统可以是透射式的，也可以是反射式的，根据视场大小和像质要求，可以由不同透镜组成。,作为红外测温敏感器件的红外探测器，是把入射的红外辐射能转变成其他能量的转换器，或者是转换成另一种便于测量的物理量的传感器。通常红外探测器分为热敏和光电探测器两大类。,三、 红外点温仪 1. 红外点温仪的基本原理 红外点温仪是依据被测目标的红外辐射能量与其温度具有固定函数关系而制成的。首先把被测目标发射的红外辐射能量搜集起来，再送到红外探测器上进行辐射能到电能的转换；然后，将转换得到
4、的电信号经放大、处理；最后显示结果。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,第十二章 红外技术与监测诊断应用,2红外点温仪的分类 红外点温仪按其测温范围可分为：,红外点温仪按其结构形式可分为：,第十二章 红外技术与监测诊断应用,3. 红外点温仪的技术指标 红外点温仪的技术指标主要包括测温范围、距离系数、瞄准方式、测温精度、响应时间、工作波长、环境温度、测温重复性（即测温的稳定性）等。 距离系数是指被测目标的距离L与光学目标的直径d之比，即,距离系数越大，表示在相同测距的情况下被测目标的尺寸可以更小；或者说在检测相同大小的目标时，测量距离可以更远。,红外点温仪瞄准方式一般分为两种，即可见光的光学聚焦
5、瞄准和激光瞄准定位。可视的光学瞄准是按望远镜的光学原理寻找被测目标的，测温时只需将仪器目镜的中心线“+”对准被测目标的中心位置即可。激光定位瞄准的工作原理是：以半导体发射的激光束红点代表仪器光学目标的中心，测温时把激光红点瞄准到被测目标上即可。 响应时间即被测温度从室温突变为测温范围的上限温度时，测温仪的输出显示值达到稳定值的某一百分数时所需要经历的时间。 工作波段是根据测温范围所选择的红外辐射率。选择正确的波段至关重要，被测目标在工作波段区域中一定要有较高的辐射率，而反射率和透射率要低。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,第十二章 红外技术与监测诊断应用,四、红外热像仪 1. 光机扫描红外热
6、像仪 (1)基本工作原理 被测物体表面的温度分布借助于红外辐射发射到红外热像仪的光学系统，它被光学系统接收后又被光机扫描机构在探测器上扫描成像，再由红外探测器转换成视频信号，经过放大后送到显示终端，显示出被测物体的热图像。 (2)基本构成 光机扫描像仪的基本构成原理方框图如图所示。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,2. 焦平面热像仪 焦平面热像仪革除了光机扫描热像仪复杂的光机扫描装置，它的红外探测器呈二维平面形状，自身具有电子自扫描功能，被测目标的红外辐射只需通过简单的物镜，就与照相原理相似地将目标聚焦在底片上曝光成像。,被测目标聚焦成像在红外探测器的阵列平面上，“焦平面阵列”即此含意。焦平
7、面红外探测器由数以万计的传感元件组成阵列。非扫描型焦平面热像仪的成像机理如图所示。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,五、红外诊断技术的内容 一台运转中的设备，当其零部件产生故障时，设备的整体或局部的热平衡会受到破坏或影响，通过热的各种传播方式，设备内部的热必然逐步到达其外部表面，导致外表温度场分布的变化。利用红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，通过大量检测结果总结分析，可以发现设备在各种运行状态下其不同部位有不同的温度界限，同一部位在不同故障情况下也有不同的温度等级。通过对设备结构、运行状况和维修、安装工艺等多种情况的分析概括，参考专家的经验等，就可以逐步确诊出设备的故障性质、部位和程度，
8、进而预测故障发展趋势和设备的寿命。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,红外诊断技术是利用红外技术来了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体和局部是否正常，早期发现故障及其原因，并能预测故障发展趋势的技术。 构成红外诊断技术的主要内容包括以下四个方面： (1)、检出信息； (2)、信号处理； (3)、识别评价； (4)、预测技术。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,六、红外诊断技术的应用实例 1红外诊断技术在电力行业的应用实例 红外诊断技术在我国电力行业的设备诊断应用已经取得显著成效，从点温仪到热像仪，各种档次的红外检测手段都有大量现场检测和设备故障准确诊断的实例，为提高我国电力系统的安全性
9、和经济性发挥了重要作用。 例1：普测380V厂用系统 某单位380V工厂用电系统在一次普测过程中，共发现9处过热，其中某低压变压器低压侧出口刀闸嘴A相209，B相102，C相97 。而同回路的另一台刀闸温度仅为42-51 。此时人站在绝缘处已不敢摸碰，刀闸嘴已变黑。立即采取改变运行方式的措施，停止变压器的运行，待刀闸冷却后进行更换处理，避免了一次事故的发生。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,例2：电动机轴承过热跟踪 某厂一台电动机在节日前发现其轴承温度较正常值高出约10，为保证节日期间不停产，采用红外点温仪对轴承部位跟踪监测，根据它的温升呈有规律变化而无继续升高的现 象，坚持运行到节后才停机
10、解体。解体检修时发现轴承花篮有些磨损，但损坏不大。利用红外技术跟踪监测既保证了生产又保证了设备不致产生太大的损害。 例3：红外点温仪与热像仪的配合使用 某局变电工区用红外点温仪检测出一台空气开关的触头温度高达93，为进一步细查，又采用热像仪检测，发现静触头端部温升最高已达118。根据供电要求，决定使用便携的红外点温仪监测呈最高温度的静触头端部，并采取措施在减少停电和保证设备安全的前提下，进行缺陷处理。整个处理过程比较顺利，没有对供电造成大的影响。,2红外诊断技术在冶金行业的应用实例 钢铁行业由于其高温设备较多的特殊性，在红外技术实际应用方面有其特殊的优势。 例1：热风炉破损的诊断预知维修 某钢
11、铁公司应用热像仪对热风炉炉壳温度异常区进行诊断，开展预知维修，取得了良好的效果。1989年对6座热风炉进行全方位扫描，确定温度异常区，据此进行预知维修：在大面积100200 温度区域的炉壳上，选位开孔压灌保温材料；在250 以上的炉壳热点开孔，见炉衬有裂口、裂缝，对该处填充耐火混凝土。三个月后，对修补区再行测温，炉壳各点温度均在100 以下，一般仅6070 。预知维修延长了热风炉的使用寿命，减少了停炉停产。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,第十二章 红外技术与监测诊断应用,例2：高炉故障诊断 某钢铁公司一炼铁厂7#高炉大修投产后不久，发现其风口及上炉腹部炉皮出现过热现象，同时冷却水温差也比较
12、大，为查清故障原因，并为检修提供准确依据，在无热像仪的条件下，采用红外点温仪对上述部位进行了人工扫描，测距约为1.52m，选测点18个，读取各点测试的最大、最小和平均温度值，画出部位图，发现有两处高温，温度分别为111 和126。根据这个检测结果，将相应位置炉皮剖开检查，发现这两处正是炉腹立冷板间位置，已见间隙内填料层松动，松动深度分别达到了130mm和170mm(总深度为230mm)，是大修时筑炉沟缝质量不良造成的，进行了处理。根据红外诊断结果有针对性地对高炉进行处理，减少了休风处理次数，取消了原定的停炉返修计划，保证了高炉正常生产。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,例3：风机故障诊断 某
13、钢厂利用红外点温仪巡回检查时发现1号风机的电动机后轴承端发热严重，温度急剧上升，从78上升到90，且有油溢出。值班人员立刻联系有关部门紧急停车，并开启备用风机。停机后对电动机解体检查，发现轴承架已严重损坏，由于及时停机、倒机，避免了一次设备事故，保证了对高炉的正常供风。 3红外诊断技术在石化行业的实用实例 石化行业生产过程中，高温高压介质较多，也为红外诊断技术应用提供了市场。特别是石化生产的连续性，每停产一次会造成巨大的经济损失，更是从经济方面加快了红外技术的推广应用。,例1：输气管道检漏 某天然气化工厂在1987年发生输气总管的泄漏故障。这条输气总管由承压壳体、保温材料和内层衬里组成，管内气
14、压为31MPa，温度866 ，壳体外还有水夹套，泄漏位置无法用常规手段来判断。利用热像检测手段检测发现18处温度较高的部位，进一步分析找出三个明显过热点。经检修证明真正故障点就是这三点。 例2：加氢反应器正常热像与故障热像 某厂加氢反应器工作温度400左右，正常情况下，其外壁温度在100左右，一般不超过120 ，最高温度仅在个别局部出现，约为130。而在一次红外检测中，发现反应器自上而下第三层显著过热，温度达300以上，最高温度为330.3。诊断该部位的衬里已经发生了严重脱落，参照热像仪指出的部位进行了停产检修。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,第十二章 红外技术与监测诊断应用,例3：合成氨
15、装置转化气管道的检测 某引进化肥厂合成氨装置，其二段转化炉前转化气管道上的变色漆大面积变色，管道明显超温，说明管道内的隔热混凝土层有损坏，为维持继续生产而采用喷淋水来冷却局部过热的管道。但冷却效果如何?是否在安全范围内?需要有科学的数据来提供依据。采用红外点温仪对过热区域外部温度进行测定，结果表明喷淋后的表面温度低于90，可以维持生产到停工检修。 后来在该厂的转化气管道上多次出现变色漆变色现象，但经红外点温仪测定后，断定是变色漆的质量问题，实际温度并没有超过150，说明内衬没有损坏。停工检修时也未发现耐热衬里有明显损坏。这是使用红外检测手段成功避免不必要停产的例子。,例4：转化炉炉管的检测 加热炉炉管被周围高温烟气的火焰包围，为监测其温度，必须在热像探头前安装火焰滤片，以透过火焰获取炉管温度分布的热图像。某化肥厂的一段转化炉共180根炉管，温度分布不均，部分炉管过热，不得不降负荷维护生产。究竟炉管温度有多高，负荷控制在多高可以保证设备安全?必须拿出数据。为此利用红外测温仪进行了炉管温度测试，从各层平台的观火孔观测，结果热像显示炉管最高温度达1023 ，该值包括炉管本身热辐射、炉管反射高温烟气的热辐射和炉外大气的热辐射。高温烟气对温度的影响可以忽略，最后推算出炉管最高温度为998 ，这个结论为指导生产提供了决策依据。,第十二章 红外技术与监测诊断应用,
