用于电梯诊断的热量测量

在电梯系统中防止热量和使用热成像仪器的重要性

大卫·赫雷斯

电梯是电气和机械部件的复杂组件。 这些组件产生热量，通常是由于电阻或机械摩擦。 如果不通过主动冷却的方式将多余的热量散发到相邻的空间中。 通常保持平衡，但如果产生过多的热量或冷却方法受到损害，则电气或机械部件会出现温升，寿命缩短甚至立即失效的可能性很高。

缩短的部件寿命和故障对电梯来说可能是严重的，因为人员受伤和设备停机是不能容忍的。 过高的温度有时会上升到一定水平并找到新的平衡。 或者，它会增加并造成不可逆转的损坏，从而导致设备故障和/或灾难性火灾。 电动机通常多年无事故运行，直到环境温度过高、过载或制造或安装缺陷，看似没有警告，可能会导致过热，这会损坏电机内部的电气绝缘，导致其消耗过多电流并导致更多的热量和最终的故障。

当然，也有保障。 断路器和保险丝等过流装置，以及在较大电机中嵌入绕组中的热传感器，应在系统严重损坏之前关闭系统。 喷水灭火系统、化学灭火和火警是有效的，但它们在旧建筑中可能缺失或不能完全发挥作用。 这是维修工人发挥关键作用的地方。 通常，他们每个班次都会巡视，检查整个设施的设备。 在电梯机房（或无机房装置中的运动控制器），应张贴检查表，其中包括相关的测量值、时间、日期和工人姓名首字母。 此日志中包含的信息对于检测和评估损坏趋势非常重要，有助于诊断和修复。 目的是更早而不是更晚地发现破坏性趋势。 这需要测量仪器。

用于测量温度的各种方法在电机、运动控制器和电气断开装置所在的电梯机房中是有用的。 壁式温度计（独立的或加热或冷却恒温器的一部分）提供了一种相当准确和方便的确定环境温度的方法。 作为第一步，这个指标很重要。 机房通常由一个或多个风扇冷却，当然，这些风扇必须向外部通风。 有时，根据气候、机房大小、电机数量和大小以及其他因素，会安装单独的房间空调或中央通风口。 其中任何一个都可能失败，需要进行监控。 还可以测量单个热源。 可以将单独的温度计固定在电机上：轴承两端各一个，中心各一个，用于测量绕组的热量。

电动机通常多年无故障运行，直到环境温度过高、过载或制造或安装缺陷，看似没有警告，设置了过热的阶段，这可能会损坏电机内的电气绝缘，导致它消耗过多的电流并导致静止更多的热量和最终的故障。

电机控制器和任何大型变压器或开关设备都可以配备热传感器，其数字读数连接到外壳的外部。 小型粘贴式模拟温度计适用于齿轮牵引电梯电机驱动器中使用的齿轮箱外部。 对于液压电梯，这个位置是油箱的外面。 任何传感设备都可以有线或无线连接到机房外门上方的红色警示灯。

大多数现代电梯都由强大的三相电动机驱动，该电动机消耗大量电流。 载流导体进入机房并终止于断开、变频驱动器输入和输出以及电机端子。 在初始安装时，这些端子根据尺寸、金属类型（铜或铝）以及最终的电机额定值（安培）的规格进行精确扭矩。 如果它们太紧，螺纹可能会损坏，并且随着时间的推移，它们会松动。 如果它们太松，它们会在重载下过热或产生电弧，从而产生很大的热量和腐蚀。 在降低电压或掉相的情况下运行，电机绕组会变成热元件并可能引起电气火灾。

除了电机之外，其他电气设备也会产生热量，作为其预期功能的自然副产品。 在电源和负载之间串联一个电阻，使电路中的电流减小，多余的能量以热的形式被电阻耗散掉。 半导体作为分立元件或嵌入集成电路 (IC) 也会散热。 它们都有一个共同点，即过多的热量会迅速摧毁它们。 组件可能会出现烧焦或物理变形，但它通常用作过流设备，在发生可见损坏之前断开电路。

错误的接线和冷焊点会在电路板、连接它们的电缆和电源接线中引入不需要的电阻、热点和过度散热。 这种热量会损坏小型表面贴装元件，尤其是 IC。 电解电容器，用于需要高电容的地方，有时会失效。 借助非常薄的电解层，可以在相对较小的封装中实现高电容。 这是第一次施加电压时形成的电化学产物。 它的缺点是容易老化，电解层容易损坏。 出现这种情况时，会出现并联电阻和异常散热。

电梯运动控制器通常包含多个印刷电路板，每个电路板都有许多活动和非活动组件。 许多技术人员触摸每个组件来估计温度。 过热的组件可能有内部短路，如果它是冷的，则短路已解决为开路。 但是，它可能暂时不在电路中，电源没有进入组件或接地回路失去连续性。 最新的互补金属氧化物半导体器件在较低电压下运行，并且不会散发可察觉的热量。

估计触摸散热的缺点是您可能会无意中接触到带电的表面。 虽然大多数电路板组件在本质安全的低电压下运行，但外部故障总是有可能向组件施加更高的电压，从而造成危险情况。 一个好的解决方案是使用电绝缘温度探头和为此目的而设计的万用表。 数字读数将以摄氏度或华氏度为单位显示准确的温度。

在这个电子微型化时代，热管理至关重要，在这个时代，大量（通常是数百万）组件被蚀刻在小硅基板上并组装为 IC。 分立元件通常故意缩小尺寸； 为了补偿，安装了翅片散热器以提取多余的热量。

元件和电路板的位置应考虑到有效的热量分布。 只要没有异常高的环境温度或外壳外部的灰尘堆积或冷却风扇的故障，设备就可以正常工作。

寻找热点的最先进工具是热成像仪，它实时显示被调查设备的红外图片。 或者，它可以创建和显示可以以 JPEG 格式下载的数字照片，可以在其中保存和分析、打印或通过电子邮件发送。

热像仪已经存在很长时间了，但最近的型号具有新的、先进的功能和强大的功能。 他们制作了出色的维护和诊断工具。 电梯技术人员可以快速成像所有驱动电机、变频驱动器、滑轮和轴承、运动控制器电路板、电气终端、门机构、液压油箱以及其他电气和机械组件。 热点立即显现，通常在严重损坏发生之前。

Fluke 生产多种型号的热像仪，价格相差很大。 Fluke PTi120 9-Hz 袖珍热像仪是电梯预防性维护和诊断的理想选择。 与其他型号不同，该乐器足够紧凑，可以放入衬衫口袋，但经久耐用
密封良好，防止污染和潮湿。 用户可以实时查看红外图像，或者在相机模式下，这些图像可以保存在仪器的内存中。 此外，使用随附的 USB 线和免费软件，可以将红外图像保存为 JPEG 文件。

PTi120 具有 3.5 英寸。 液晶触摸屏。 轻触屏幕即可轻松访问其众多功能和丰富的菜单。 要捕获准确且可读的热图像，打开仪器后，必须让仪器预热 3-5 分钟。 如果精确测量对您的应用至关重要，则继续至少 10 分钟。

一个令人惊讶的特点是成像器还可以用作传统的可见光数码相机。 Fluke 称这种组合为 IR-Fusion。 如果用户将手指从右向左划过触摸屏，红外图像会连续变形为可见光图像，这两种模式会随着手指的移动而逐渐融合。 成像仪可在 -4 至 +302°F（-20 至 +150°C）范围内进行自校准。 无论用户是在寻找电路板上的轻微温度变化还是电机加热到远高于水的沸点，都将生成有意义的图像。
屏幕右侧的垂直条显示构成当前图像的颜色范围。 默认情况下，白色和橙色代表温度谱的热端； 黑色和蓝色代表冷端。 此颜色条的上方和下方是当前图像中的最高和最低温度。 顶部中央是显示屏中央的温度，由十字准线图标标记。 用户可以将相机对准目标温度读数。

在屏幕上单击一下，水平菜单栏就会出现在顶部。 这里有六个由小图标表示的菜单项。 从左到右，它们是：

• “记忆”，允许用户为多个图像添加注释
• “IR-Fusion”，显示一个条形图，显示图像中热光与可见光的百分比
• “调色板”，它允许用户更改用于表示各种温度的颜色：有替代的配色方案，并指示当前的配色方案。
• 温度指示器，可以打开和关闭：“点温度”、“中心点”、“刻度”和“状态栏”
• 控制内置 LED 聚光灯的“手电筒”
• “设置”，包括“扫描资产 ID”，允许用户扫描对象的条形码； “Fluke Connect”，允许用户将图像保存到 Fluke Connect Cloud； “将热点与 Fluke Connect 配对”； “将图像保存到共享文件夹”； “红外设置”； “发射率、背景温度和透射率”的百分比； 和“设备设置”，允许用户切换文件格式（IS2 或 JPEG）、设置单位、时间、日期和语言，以及“将成像仪”重置为出厂默认设置。

在这个电子微型化时代，热管理至关重要，在这个时代，大量（通常是数百万）组件被蚀刻在小硅基板上并组装为 IC。

物体，仪器可能没有充分预热或被握持以致其镜头被挡住。 为获得最佳热图像，“IR-Fusion”应通过将手指滑过屏幕约四分之一来激活（提供约 25% 可见光的图像）​​。

由于温度高于绝对零的所有物体都会发射红外辐射，因此不需要日光即可捕获热成像图像。 这符合黑体辐射定律。 黑体辐射随与身体温度相关的频率而变化，从而使热成像成为可能。 由于物体或景观表面的不同区域处于不同的温度，因此可以实时查看或以数字方式捕获与其温度图对应的彩色图像。 该图在分析工作机器时非常有用。

黑体辐射的强度随温度变化。 由于发射率的概念，它可能小于给定物体的预期值，发射率是实际辐射率与理论黑体辐射率的比率。 根据定义，发射率介于 0 和 1 之间。黑体只有在其发射率为 1 时才是真正的黑色，并且它会吸收所有撞击它的辐射。 辐射包括可见光谱之外的高频成分，例如 X 射线。 发射率不仅是物体的产物，也是它与相邻材料（通常是气体）之间界面的产物。

热像仪根据被测表面的发射率进行自我校准。 点击 PTi120 的热像仪屏幕一次显示主菜单； 然后，点击齿轮图标会显示“设置”。 在这里，第三个菜单项是“红外设置”。 顶部是发射率，注意电工胶带为 0.95。 这意味着如果将一小段黑色电工胶带粘在要成像的物体上，成像器屏幕上看到的颜色将对应于 0.95 的发射率。 有时，由于访问或温度问题，黑色胶带不可行。 出于这个原因，成像仪列出了其他常见材料及其发射率，如下所示。 请注意，铜和铝的氧化物比纯金属具有更高的发射率： 

• 水和皮肤：0.98
• 油漆：0.94
• 橡胶：0.93
• 釉面瓷：0.92
• 混凝土：0.92
• 纸：0.90
• 砖块：0.85
• 氧化铜：0.65
• 水泥：0.56
• 氧化铝：0.25
• 不锈钢：0.10
• 金属铝：0.05
• 金属铜：0.02

发射率是行星（全球）变暖的定义性概念。 任何给定位置的地球表面温度和全球平均值由吸收的太阳辐射、地核发出的热量和发出的热辐射决定。 地表和大气成分都至关重要。

红外热像仪的早期应用是在消防中通过烟雾、黑暗和热渗透屏障确定热点的位置。 这些高度灵敏的仪器可以检测体温，因此救援人员可以在寒冷的夜晚找到被困在残骸中或在野外迷路的人。

相机显示温差，因此温度相同的物体用相同的颜色表示。 这造成了限制，因为这些对象之间的边界没有明确定义。 PTi120 热像仪用户可以通过利用 IR-Fusion 来混合红外和可见光图像以解决此问题。 IR-Fusion 还可以以各种比例使用，以改善许多热图像。

热像仪是一种用途广泛的仪器，允许用户在各种温标下获取大量与热相关的信息。 它可用于非侵入性地找到建筑物表面后面的热管，确定混凝土板下热水泄漏的位置，检测任何类型的气体泄漏并在
干式系统喷水管显而易见。

热成像对于电气和机械诊断最有用，并且由于它快速且非侵入性，技术人员比以往任何时候都更倾向于使用热成像摄像机。 一个好的方法是对正常运行的电梯机械进行成像并保存图像以进行定期比较。