[发明专利]一种高压电力设备上使用的红外测温窗口

说明书

本发明公开了一种高压电力设备上使用的红外测温窗口，光学窗口材料为红外长波波段和可见光波段透过率可调整的CVDZnS；所述CVDZnS作为光学材料，光学均匀性优于5×10^‑5，发射率低于0.01，抗撞击能量大于0.5J，不溶于水。本发明应用范围广，可以应用于室内、室外、干燥、潮湿等各种自然环境；力学性能好，可以在同样厚度条件下具有更高防爆性能，或者在同样防爆等级条件下，具有更薄的窗口厚度；对环境友好，无毒，无污染；可实现灵敏度高、准确性高、效果更好的红外测温成像；装置选择性强，性价比高，容易普及推广应用。

技术领域

本发明属于高压电力设备技术领域，更具体的说是涉及一种高压电力设备上使用的红外测温窗口。

背景技术

在高压电力设备上安装红外测温窗口，利用红外探测和成像技术对高压电力设备进行状态检修，在国外已经得到广泛的使用和技术认可。统计数据表明，在高压电力设备生产运行过程中60％以上的故障和事故是由部分电气元件的异常发热引起的，由此造成的经济损失及事故危害是巨大的，全国的电力安全事故损失每年超过数十亿元。电力设备中的配电设备(10kv以上的高压开关柜)的发展方向是实现自诊断，智能化，高压配电室无人值守，从定期检修转为状态检修。

依据测温的原理，应用于开关柜无线测温的无线温度传感器主要可分为四类。一类是利用热敏电阻的温度特性接触式测温的传感器；第二类是利用半导体材料(PN结)的温度特性，接触式测温的传感器；第三类是利用红外热辐射技术，传感器采用红外探头，非接触式测温；第四类是利用压电晶体，采用声表面波技术无源接触式测温的传感器。

热敏电阻，利用热敏电阻测温的传感器，其原理是热敏电阻的阻值会随温度的变化而改变，通过阻值的大小来反映温度。这种传感器其优点是灵敏度高(因为热敏电阻的电阻温度系数大，阻值随温度改变的变化明显)。缺点是，由于热敏电阻阻值与温度的线性关系较差，直接测量的精度低，必须通过运算补偿才能得到较准确的测量值。电阻元件易老化，使用寿命短，精度及稳定性随使用变差。其无线是体现在通讯方式上，通过传感器内部的A/D转换，将数字信号无线发送出。

PN结，采用PN结作为测温元件的无线温度传感器，其原理是PN结的压降随温度的变化而改变，施加恒定电流，通过输出电压的大小来反映温度。其压降与温度的关系几乎为线性，精度高，但灵敏度相对热敏电阻要低，反应时间比热敏电阻长。半导体元件不易老化，使用寿命较长，可靠性高。其无线同样是体现在通讯方式上。

声表面波，基于声表面波的无线温度传感器则与其他类别有较大区别。首先，其最大的特点就是传感器本身不需要电源；其次，其无线并不是仅仅体现在通讯方式上，同时也体现在测温原理上。声表面波无线温度传感器是由天线、叉指换能器、反射栅以及压电基片组成，与其他传感器截然不同。其测温的原理是，传播在压电基片表面的声表面波，其波长和波速会随基片表面或内部相关因素(包括温度)的改变而变化。由对应的接收器发出无线激励信号，信号输入传感器的压电基片激起声表面波，不同温度下，传感器输出不同的信号，信号再由接收器接收，经过调解获取温度值。声表面波传感器体积小，不需要电源，传感器成本低是其主要的优势。但正由于无源，传感器需要接收采集器发出的激励信号，这种激励信号的有效无线传输距离较短；另一方面，由于被测设备的震动产生位移，导致声表面波的相位等发生变化，测温的精度严重降低，而现在尚无较好的校准方式。

由于高压电力设备中的高压开关触头和母线排连接点处于特殊的环境中，传统的热电偶、测温探头、光纤等无法实现长期稳定精确测温。采用红外技术的无线温度传感器，测温原理与常见的红外点温枪基本类似——任何高于绝对零度的物体都在发射出辐射能，辐射能的强度与物体温度有着密切关系，传感器探测物体发出的红外辐射，将辐射能转变为电信号，通过校准运算最终得到被测物体表面的温度。数据进一步通过传输模块无线发射出。红外传感器测温反应灵敏度极高，测温范围远大于其他几种，且非接触式测温使得探头使用寿命更长，对被测点无影响。但红外测温对空间要求较高，探头与被测表面必须满足红外透过需求，且探头与被测表面间距受传感器距离比率(D:S)的限制。