MLX90620應用于電力檢測系統的意義

本文主要描述如何采用紅外溫度陣列對當今工業(yè)電力開(kāi)關(guān)柜/匯流箱的熱圖像和故障進(jìn)行在線(xiàn)的非接觸檢測。

　　電力系統運行中，載流導體會(huì )因為電流效應產(chǎn)生電阻損耗，在電能輸送的整個(gè)回路上存在數目繁多的連接件、接頭或觸頭。一般情況下它們的接觸電阻低于相連導體部分的電阻，然而一旦某些連接件、接頭或觸頭因連接不良，會(huì )造成接觸電阻增大，對應有更多的電阻損耗和更高的溫升，產(chǎn)生局部過(guò)熱。電力行業(yè)中，通常運用紅外溫度傳感器在電力設備的安全檢修上，對及時(shí)發(fā)現、處理、預防重大事故的發(fā)生起到關(guān)鍵且有效的作用。

紅外溫度檢測有以下幾種方式：

1.單點(diǎn)溫度檢測 – 利用單個(gè)溫度傳感器實(shí)現對發(fā)熱點(diǎn)的探測。該方式成本低，但卻不能有效地確認發(fā)熱故障點(diǎn)，另外開(kāi)關(guān)柜一般同時(shí)需要檢測好幾個(gè)接頭或觸頭，需要的傳感器數目也要增加；

2.紅外熱成像技術(shù) – 應用非制冷紅外焦平面陣列的探測器。這種方式測溫范圍廣，精度高，但造價(jià)昂貴，且體積較大，不易集成和大規模使用；

3.Melexis的紅外陣列產(chǎn)品 - MLX90620 可有效地綜合上述兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，它集成64個(gè)紅外熱電堆和信號處理電路于同一TO-39封裝，并具有-50℃到300℃測溫范圍內出廠(chǎng)校準化，可同時(shí)感測64個(gè)點(diǎn)的物體溫度，實(shí)現對視場(chǎng)內物體表面溫度分布的熱圖像或是目標區域不同點(diǎn)的溫度讀數，能滿(mǎn)足電力開(kāi)關(guān)柜內多點(diǎn)溫度檢測的需要，并且體積小，易集成。

此外MLX90620還將許多功能，如高速I(mǎi)2C數字輸出、可調幀率（0.5Hz到64Hz）整合與一體。

MLX90620應用于電力開(kāi)關(guān)柜設備溫度檢測的連接圖非常簡(jiǎn)單，因為芯片支持I2C通信，應用時(shí)只需外部連接MCU的I2C通信I/O口即可，具體電路圖如下所示：

圖1 MLX90620和MCU的連接圖

芯片內部集成PTAT和64個(gè)紅外熱電堆，能實(shí)現環(huán)境溫度Ta和物體溫度To1到To64的測量，測量的原始數據存放于RAM中，外部MCU通過(guò)I2C接口來(lái)獲取，結合芯片內EEPROM的校準數值，來(lái)共同計算最終的環(huán)境溫度Ta和物體溫度To。圖2給出I2C接口讀取整個(gè)紅外熱電堆測量原始數據的波形圖。

圖2 MLX90620的I2C通信波形圖

應用舉例：采用MLX90620測量太陽(yáng)能光伏合盒內部接點(diǎn)松動(dòng)的發(fā)熱故障。左圖給出松動(dòng)點(diǎn)的位置，右圖給出MLX90620的測量結果，最高溫度點(diǎn)To31對應于松動(dòng)接點(diǎn)的溫度，同時(shí)給出了周邊四個(gè)相鄰像素To27、To30、To32和To35的溫度讀數。

圖3 MLX90620測量接點(diǎn)松動(dòng)的溫度效果圖

另外也可以對整個(gè)測量數據進(jìn)行記錄，下圖給出所測像素點(diǎn)溫度曲線(xiàn)的變化圖。應用中電路施加恒定的電壓，并通一較大的電流（10A-20A），可以觀(guān)察到測量物體溫度呈上升并恒定趨勢，環(huán)境溫度基本保持恒定。

圖 4 所測發(fā)熱點(diǎn)溫度及相鄰像素溫度變化圖

結論：MLX90620可大大簡(jiǎn)化2D熱成像系統，并能實(shí)時(shí)捕獲64個(gè)像素的熱圖像，非常適合通過(guò)檢測電力開(kāi)關(guān)柜/匯流箱的熱圖像來(lái)判斷電力設備故障，從而快速進(jìn)行保護。另外由于其本身的在線(xiàn)監測和測試精度，也可廣泛應用于微波爐、辦公以及家居綠色HVAC系統；汽車(chē)空調系統和近距離盲點(diǎn)檢測。