红外热像仪期间核查方法的研究

欧阳宇佳　詹佳才　郭嘉荣　叶凯华

关键词： 期间核查 测量设备 红外热像仪 光伏电站

中图分类号： TN21 文献标识码： A 文章编号： 1672-3791（2024）01-0086-04

期间核查（intermediate checks）是根据规定程序，为了确定计量标准、标准物质或其他测量仪器是否保持其原有状态而进行的操作［1］。期间核查适用于所有检测设备。当需要利用期间核查保持对设备性能的信心时，应制订设备的期间核查方案并按照程序进行核查。

热像仪是通过红外光学系统、红外探测器及电子处理系统，将物体表面红外辐射转换成可见图像的设备。它具有测温功能，可以定量绘出物体表面温度的分布，能将灰度图像进行伪彩色编码［2］。通过查看热图像，可以观察到被测目标的整体温度分布状况，研究目标的发热情况，从而进行下一步工作的判断。随着红外技术的不断提升，红外热像仪在各个领域得到广泛应用，如消防、安防、汽车夜视环境监测、电力、建筑、石化以及医疗等领域。

1 核查目的

随着光伏发电应用的不断发展，光伏电站的建设质量成为人们关注的重点。电站在长期运行过程中，灰尘、鸟粪、落叶、树木阴影等障碍物遮挡，或者电池片本身的内部原因，都可能使光伏组件处于非正常的工作状态而变为负载，造成周围正常工作的电池片发生能量损失，此时出现问题的非正常电池片表面温度就会异常升高［3］，导致组件产生热斑效应。方阵面的辐照度高于600 W/m2，同一组件外表面电池正上方的温度差超过20 ℃时，应视为发生热斑［4］。在光伏电站检测中，红外热像仪常用于排查发热异常组件。通过无人机搭载的红外热成像仪的测试系统，能高效、准确地完成光伏电站热斑组件的排查任务。使用红外热像仪拍摄的光伏电站产生热斑效应组件的红外照片可以看出熱斑电池片温度超过60 ℃，较周围正常电池片温度高出30 ℃以上。由于外检需要，该设备需频繁运输和外携，检测任务量较大，使用环境复杂，对设备精度要求较高，因而有必要进行设备期间核查，以保持该设备在符合计量要求的状态下正常工作，从而保证检测结果的可靠性。

2 实验室常用设备期间核查方法及判定

实验室设备期间核查方法多种多样，可根据测量设备的实际使用情况与特点，从经济、实用、可靠等方面综合考虑对不同的设备采取不同的期间核查方法。针对设备准确性（或示值误差）的期间核查，常见的有以下几种：传递测量法、核查标准法、设备比对法。

2.1 传递测量法

传递测量法即使用更高准确度等级的同类测量设备或有证标准物质对测量设备直接测量来进行核查。

若更高准确度等级的同类测量设备（或计量标准）的最大允许误差是被核查测量设备的最大允许误差的1/3 及以下时，核查结果应满足：

3 红外热像仪的期间核查

3.1 核查对象及主要参数

本次核查的对象为FLIR E95 红外热像仪，设备主要参数如表1 所示。由表可见，测试温度范围：-20～120 ℃，0～650 ℃，300～1 500 ℃，允许误差：±2 ℃。实验室实际使用温度范围：-20～120 ℃.

3.2 核查项目与核查点

3.2.1 示值误差

红外热像仪的示值误差是指热像仪的温度示值与被测黑体辐射源温度的约定真值之间的差［6］。该红外热像仪有多个量程，绝大多数情况下，实验室使用范围在-20～120 ℃之间。在南方地区，夏季白天光伏电站运行时光伏组件的温度多在30～70 ℃之间，冬天在10～50 ℃之间。结合广东地区的实际情况以及实验室条件，将25 ℃确定为核查点。

3.2.2 测温一致性

在热像仪视场内不同区域温度测量结果的一致性，是热像仪准确反映被测物体表面温度分布的能力［7］。根据《热像仪校准规范》（JJF 1187-2008）（以下简称JJF 1187-2008），将成像画面分成9 个区域，采用比较中心点和区域点温度之间的差值［8］，计算即

Φ?_n= t_i- t₅（9）

式（9）中：n 为第1～9 区域； Φ_n为测温一致性，单位：℃；t_i为各区域的测温读数，单位：℃；t₅为第5 的测温读数，单位：℃。选定＜100 ℃的任意一点作为核查点，本次核查将25 ℃时的测温一致性确定为核查点。

3.3 核查方法

根据JJF 1187-2008，热像仪的校准通常采用铂电阻温度计、热电偶（配相应的电测设备）或辐射温度计作为标准器测量黑体辐射源温度。不同于计量机构，测试机构往往不具备稳定的被测对象，既不具备标准铂电阻温度计，也不具备温度稳定的黑体辐射源［8］。根据实验室的实际情况，选用一块光伏组件作为核查标准，使用一台在计量有效期内、性能稳定，且仅用于实验室内使用的日置LR8400-21 多通道温度记录仪作为赋值设备。LR8400-21 温度记录仪采用热电偶传感器，测量范围为-200～800 ℃，最高分辨率0.01 ℃。根据计量证书结果显示，温度测量不确定度为±0.3 ℃，小于红外热像仪的最大允许误差的1/3，测试精度较高，认为该设备测试结果是可信的。

3.3.1 示值误差核查程序

（1）选择一块光伏组件样品，水平放置在计量有效期内的恒温恒湿室内，恒温恒湿室温度设置为25 ℃，经过足够长时间（>4 h）恒温使光伏组件温度处于较稳定的状态。选取的光伏组件应表面干净、无污渍、无阴影遮挡，EL 测试结果显示组件无隐裂、黑片或其他缺陷。

（2）使用日置LR8400-21 多通道温度记录仪测量组件背板中心温度，使用同一探头重复测量10 次，得到算术平均值x_s0。根据设备的校准证书对该值进行修正，得到组件的背板中心温度x_s。

（3）设置红外热像仪测试参数，调整位置，使其瞄准光伏组件样品背板中心，二者同轴，被测目标应能在显示器上清晰成像，测量组件背板的中心温度10 次，得到算术平均值xˉ。

3.3.2 测温一致性核查程序

（1）选择一块光伏组件样品，水平放置在计量有效期内的恒温恒湿室内，恒温恒湿室温度设置为25 ℃，经过足够长时间（>4 h）恒溫。选取的光伏组件应表面干净、无污渍、无阴影遮挡，EL 测试结果显示组件无隐裂、黑片或其他缺陷。

（2）将日置LR8400-21 多通道温度记录仪的温度探头贴在被测组件表面，选择温度探头应参考设备校准证书，优先选取9 个测温误差小且一致的温度探头，记录每个分布点的温度，根据设备的校准证书对测试结果进行修正，再计算中心点温度与其他区域的温度的最大差值Φ_n，重复测量10 次，计算中心点与区域温度最大温差的绝对值的算术平均值，得到组件的测温一致性温差值Φ_ns。

（3）设置红外热像仪测试参数，调整位置，使其瞄准光伏组件样品表面中心，二者同轴，被测目标应能在显示器上清晰成像。拍摄光伏组件的红外热像图，将成像画面分成9 个区域，计算测温一致性，重复测量10次，得到温差的算术平均值Φ_nx 。

3.4 核查结果的处理

（1）若示值误差和测温一致性均满足要求，即设备同时满足δ ≤MPE = 2℃和ΔT ≤MPE =2℃时，核查结果合格。红外热像仪校准状态得到保持，可以继续使用。若核查的示值误差接近最大允许误差，应加大核查对象的核查频次或其他有效措施，如（校准）以规避风险。

（2）若示值误差和测温一致性任意一项不满足要求，都应立刻停止使用并查找原因；必要时重新进行校准，对设备的计量性能做进一步验证；若影响了已出具报告结果的有效性，实验室应采取相应的补救措施。

（3）根据表2 和表3 的核查记录显示，红外热像仪在25 ℃核查点的示值误差δ = 0.24，测温一致性误差ΔT = 0.23，均满足要求。核查结果合格，设备计量状态得到保持，能继续使用。

4 结语

期间核查作为核查测量仪器设备的系统漂移和考核短期稳定性的常用手段，能较好地反映设备是否处于受控状态。红外热像仪是光伏电站现场测试热斑和温度异常组件的一种常用检测设备，对设备的测试的精度具有一定的要求。而频繁地外携、运输、户外操作等都容易影响设备的稳定性和精度。通过定期的核查，保证设备测试结果准确可靠很有必要。本文根据实验室检测条件以及红外热像仪的实际使用场景，制定了使用恒温的光伏组件作为测试对象，温度采集器测试结果作为核查标准，以红外热像仪的示值最大允许误差MPE 和标准对测温一致性的技术指标作为评定依据，对该设备进行期间核查。结果表明：设备的示值误差和测温一致性均满足核查要求，确认该设备在计量有效期内保持校准状态。