Światłowodowy czujnik wysokiej temperatury: siedem kryteriów doboru

Dopuszczalna temperatura końcówki sondy światłowodowej nie oznacza, że każdy element toru pomiarowego może pracować w takich samych warunkach. Końcówka, włókno, osłony i przyrząd odczytowy muszą odpowiadać rzeczywistej aplikacji. Należy sprawdzić miejsce obciążenia cieplnego, budowę sondy, trasę włókna, wymaganą dokładność i czas odpowiedzi oraz zgodność sondy z przyrządem, który przetwarza jej sygnał optyczny.

Kluczowe wnioski

• Maksymalna temperatura czujnika to tylko jeden z czynników wyboru. Nie opisuje całej aplikacji.
• Końcówka czujnika, korpus sondy, włókno i osłona ochronna mogą podlegać różnym temperaturom.
• Wykrywanie punktów mierzy tylko wybraną lokalizację fizyczną. Jedna końcówka czujnikowa to jeden zdefiniowany punkt pomiarowy.
• Dokładność i reakcję należy sprawdzić w wymaganym zakresie roboczym, a nie założonym na podstawie specyfikacji zakresu.
• Prowadzenie światłowodów może być równie ważne jak możliwości końcówek czujnikowych.
• Sonda i przyrząd monitorujący muszą wykorzystywać kompatybilną technologię wykrywania.
• Wiele niezależnych punktów wymaga wielu sond i kompatybilnych aktywnych kanałów.

Co to jest czujnik światłowodowy wysokotemperaturowy?

Wysokotemperaturowy czujnik światłowodowy to światłowodowy czujnik temperatury zaprojektowany lub skonfigurowany do pomiaru temperatury w punktach o podwyższonej temperaturze. Termin ten nie ma jednego standardowego progu. To, co liczy się jako „wysokie”, zależy od zastosowania, sondy i instrumentu.

Parametry czujnika temperatury są oddzielone od parametrów światłowodu lub kabla optycznego. W systemie fluorescencyjnego wykrywania punktowego łańcuch pomiarowy wygląda następująco:

 końcówka czujnikowa
   ↓
światłowód
   ↓
instrument monitorujący
   ↓
dane temperaturowe 

Końcówka czujnikowa to zdefiniowany punkt pomiaru temperatury. Światłowód przenosi sygnały optyczne pomiędzy końcówką a instrumentem. Światłowód nie mierzy automatycznie temperatury na swojej długości. Zasada działania została wyjaśniona w fluorescencyjnym światłowodowym czujniku temperatury : przyrząd odczytuje odpowiedź optyczną końcówki czujnikowej i oblicza na jej podstawie temperaturę końcówki.

1. Potwierdź wymagany zakres temperatur

Odpowiedź bezpośrednia: określ temperaturę, której faktycznie doświadcza punkt pomiarowy, a następnie porównaj ją ze zweryfikowanym zakresem czujnika.

Zacznij od zapisania czterech wartości tam, gdzie mają one zastosowanie:

• minimalna oczekiwana temperatura
• normalna temperatura pracy
• maksymalna oczekiwana temperatura
• krótkotrwałe wycieczki, jeśli proces je przewiduje

Pytanie nie brzmi: „Jaka jest najwyższa dostępna specyfikacja czujnika?” Lepszym pytaniem jest: „Jaka temperatura występuje w rzeczywistym punkcie pomiarowym?” Wymagania aplikacji i maksymalna moc czujnika to dwie różne rzeczy. Czujnik obejmujący wartość maksymalną, ale nie mieszczący się w normalnym zakresie roboczym, lub taki, który ma jedynie marginalną wartość znamionową dla rzeczywistego szczytu, może nie być dobrym wyborem.

Wycieczki mają znaczenie, ponieważ krótki szczyt może nadal obciążać sondę. Potwierdź u dostawcy, w jaki sposób konkretna sonda radzi sobie z profilem temperaturowym Twojego procesu, zamiast polegać na jednej liczbie. Limit temperatury zależy od konkretnej sondy, materiału czujnika, konstrukcji i instrumentu. Więcej informacji na temat definiowania i wybierania zakresu można znaleźć w artykule Zakres światłowodowego czujnika temperatury .

Pytanie dotyczące wyboru: jaka jest temperatura minimalna, normalna, maksymalna i graniczna w dokładnie mierzonym punkcie?

2. Sprawdź końcówkę sondy i konstrukcję sondy

Odpowiedź bezpośrednia: zasada wykrywania może obsługiwać podwyższoną temperaturę, ale kompletna sonda również musi być odpowiednia.

Możliwość pracy w wysokich temperaturach nie zależy od samego materiału wykrywanego. Sonda jest złożonym zespołem i każda część musi tolerować dane zastosowanie. W zależności od projektu istotne mogą być:

• końcówka sondy
• obudowa sondy
• rurka ochronna
• powłoki
• metoda klejenia lub klejenia
• zabezpieczenie mechaniczne

Sonda, której element czujnikowy może reagować w podwyższonej temperaturze, może nadal być ograniczona inną częścią jej konstrukcji. Istnieją różne konstrukcje sond dla różnych warunków instalacji, a właściwa zależy od tego, jak sonda jest zamontowana, czego dotyka i na co jest narażona. Dostępne konstrukcje możesz przejrzeć w kategorii światłowodowe sondy temperatury .

Unikaj założeń dotyczących materiałów. Nie wszystkie sondy są zbudowane w ten sam sposób, dlatego należy sprawdzić konstrukcję konkretnej sondy w odniesieniu do warunków panujących w punkcie pomiarowym.

Pytanie dotyczące wyboru: czy każda część sondy, a nie tylko element pomiarowy, jest określona dla temperatury i środowiska w miejscu instalacji?

3. Sprawdź zdolność temperaturową światłowodu i osłony ochronnej

Odpowiedź bezpośrednia: temperatura końcówki pomiarowej niekoniecznie jest temperaturą wzdłuż trasy światłowodu, dlatego sprawdź oddzielnie włókno i osłonę.

Często spotykane są dwie sytuacje. W jednym przypadku punkt detekcji znajduje się w gorącej strefie, podczas gdy włókno opuszcza tę strefę i dociera do chłodniejszego miejsca monitorowania. W drugim przypadku dłuższy odcinek włókna na swojej drodze poddawany jest działaniu podwyższonej temperatury. Wymagają one różnych kontroli.

Sprawdź osobno każdą z poniższych opcji:

• Możliwość końcówki wykrywającej
• Możliwości korpusu sondy
• możliwość powlekania włókien
• zdolność osłony ochronnej
• lokalizacja złącza i temperatura otoczenia
• zewnętrzne środowisko routingu

Wysoka temperatura na sondzie nie oznacza, że całe włókno ma tę samą temperaturę

Fluorescencyjny czujnik punktowy mierzy temperaturę na końcówce czujnika. Światłowód jest optyczną ścieżką sygnału. Nie podaje profilu temperatury na całej swojej długości.

Nie oznacza to jednak, że ekspozycja termiczna włókna jest nieistotna. Powłoka włókna, osłona i złącza nadal mają ograniczenia materiałowe i mechaniczne. Trasę należy ocenić pod kątem temperatury, jaką faktycznie będzie panował na każdym odcinku.

Pytanie dotyczące wyboru: które sekcje światłowodu i osłony wchodzą do strefy gorącej i czy są one przystosowane do tej ekspozycji?

4. Sprawdź dokładność w wymaganej temperaturze

Odpowiedź bezpośrednia: zasięg i dokładność to osobne kryteria wyboru, dlatego należy sprawdzić dokładność tam, gdzie działa aplikacja.

Sonda obejmująca szeroki zakres nie jest automatycznie dokładna w całym zakresie. Ważne jest, jak działa pomiar w części zakresu wykorzystywanego przez proces, szczególnie wokół punktów kontrolnych lub alarmowych.

Wydajność pomiaru dotyczy także całego łańcucha, a nie samego światłowodu. To zależy od:

• sonda
• ścieżka optyczna
• przyrząd monitorujący
• kalibracja

Sprawdź zweryfikowaną specyfikację dokładności dla wybranej konfiguracji sondy i instrumentu i potwierdź, że ma ona zastosowanie w temperaturze, na której Ci zależy.

Pytanie dotyczące wyboru: jaka dokładność jest weryfikowana dla tej kombinacji sondy i przyrządu w mojej temperaturze roboczej i czy aplikacja faktycznie tego potrzebuje?

5. Dopasuj czas reakcji do procesu termicznego

Odpowiedź bezpośrednia: czujnik o szerokim zakresie wysokich temperatur nie jest automatycznie odpowiedni do szybko zmieniającego się procesu.

Czas reakcji zależy od kilku praktycznych czynników:

• geometria sondy
• masa termiczna
• kontakt termiczny z celem
• metoda instalacji
• materiał docelowy
• dynamika procesu

Koncepcja powolnego monitorowania temperatury dużego, nagrzanego nadwozia stawia niewielkie wymagania w zakresie reakcji. Szybki proces nagrzewania jest inny, ponieważ sonda, która reaguje powoli, może pozostawać w tyle za rzeczywistą temperaturą i nie raportować szybkich zmian. Kontakt termiczny jest tak samo ważny jak sama sonda: dobrze zbudowana sonda ze słabym kontaktem nadal będzie czytać powoli.

Najpierw zdefiniuj dynamikę procesu, a następnie zapytaj, jaką reakcję musi zapewnić sonda w tej instalacji. Aby bliżej przyjrzeć się sposobowi definiowania reakcji, zobacz czas reakcji światłowodowego czujnika temperatury .

Pytanie doboru: jak szybko zmienia się temperatura w tym momencie i czy sonda zamontowana zgodnie z planem może za nią podążać?

6. Zaplanuj długość i trasę światłowodu

Odpowiedź bezpośrednia: wybierz długość światłowodu zgodnie z rzeczywistym trasowaniem, a nie odwrotnie.

Przejdź trasę od punktu wykrywania do instrumentu i zanotuj każdy etap:

• odległość od punktu wykrywania do przyrządu monitorującego
• wewnętrzne prowadzenie wewnątrz urządzenia
• miejsce przelotu
• routing zewnętrzny
• zabezpieczenie przed zgięciem
• zabezpieczenie mechaniczne
• długość włókna przechodzącego przez strefę wysokiej temperatury
• pozycja złącza
• dostęp serwisowy w celu konserwacji

Wybór długości przed zaplanowaniem trasy często prowadzi do tego, że włókno jest zbyt krótkie, aby dotrzeć do instrumentu, lub zbyt długie, aby bezpiecznie nim zarządzać. Długość wpływa również na element 3: dłuższa droga przez gorący obszar oznacza więcej włókien i powłoki, aby kwalifikować się do tej ekspozycji. Długość włókna powinna być zgodna z rzeczywistą trasą, z uwzględnieniem dostępu serwisowego.

Więcej informacji na temat określania długości i budowy sondy można znaleźć w artykule Długość i budowa światłowodowej sondy temperatury .

Pytanie dotyczące wyboru: jaka jest rzeczywista trasa od punktu pomiarowego do przyrządu i gdzie wzdłuż niej znajdują się gorące sekcje, zakręty i złącza?

7. Potwierdź zgodność przyrządu monitorującego

Odpowiedź bezpośrednia: sondy wysokotemperaturowej nie można wybrać oddzielnie od jej przyrządu monitorującego.

Sonda czasu życia fluorescencji wymaga kompatybilnego przyrządu do pomiaru fluorescencji. Nie zakładaj, że jakikolwiek interrogator światłowodowy może odczytać dowolny optyczny czujnik temperatury. Różne technologie światłowodowe dotyczące temperatury wykorzystują różne zasady optyczne, na przykład czas życia fluorescencji, absorpcję GaAs, FBG i rozproszone wykrywanie temperatury, i nie są one automatycznie odczytywane przez ten sam przyrząd.

Sprawdź następujące elementy:

• technologia wykrywania
• kompatybilność optyczna
• liczba kanałów
• kompatybilność sondy
• wymagany zakres pomiarowy
• wyjście danych
• integracja monitorowania

Przyrząd jest także miejscem, w którym dane dotyczące temperatury stają się użytecznym wyjściem. Informacje na temat przyrządów można znaleźć w artykule światłowodowe przetworniki temperatury i hosty . Celem jest jedynie sprawdzenie, czy sonda i przyrząd są zaprojektowane do współpracy.

Pytanie dotyczące wyboru: czy ta sonda jest zaprojektowana do współpracy z tym instrumentem i czy instrument zapewnia kanały i wyjścia potrzebne do projektu?

Lista kontrolna wyboru czujnika światłowodowego wysokotemperaturowego

Praktyczna sekwencja wyboru

1. Zdefiniuj fizyczny punkt pomiarowy.
2. Określ normalną i maksymalną oczekiwaną temperaturę.
3. Określ, jaka część sondy i światłowodu jest wystawiona na działanie wysokiej temperatury.
4. Potwierdź wymaganą dokładność.
5. Zdefiniuj wymagania dotyczące odpowiedzi procesu.
6. Zaplanuj trasę światłowodu.
7. Zlicz niezależne punkty pomiarowe.
8. Dopasuj sondy do kompatybilnego przyrządu monitorującego.
9. Potwierdź wymaganą moc wyjściową i integrację systemu.

Ta sekwencja jest specyficzna dla punktów o podwyższonej temperaturze. Aby zapoznać się z szerszym procesem, który obejmuje również zwykłe zastosowania temperaturowe, zobacz , jak wybrać światłowodowy czujnik temperatury .

Ile potrzeba wysokotemperaturowych czujników światłowodowych?

Liczba zależy od tego, ile niezależnych punktów pomiarowych posiada aplikacja. W przypadku wykrywania punktowego zależność wygląda następująco:

 1 niezależny punkt pomiarowy
≈ 1 sonda
≈ 1 kompatybilny aktywny kanał pomiarowy 

Na przykład cztery wybrane punkty normalnie wymagają czterech sond i co najmniej czterech kompatybilnych kanałów. To jest przykład konfiguracji, a nie uniwersalna zasada.

Wiele sond nie czyni systemu rozproszonym systemem pomiaru temperatury. Zapewniają wiele niezależnych pomiarów punktowych, każdy w miejscu wybranym przez inżyniera. Pojedyncza sonda reprezentuje tylko swój własny punkt wykrywania, a nie duży obszar termiczny. Kiedy kilka punktów zasila jeden system, instrument i oprogramowanie stają się częścią światłowodowego systemu monitorowania temperatury .

Wysoka temperatura nie zawsze jest najtrudniejszą częścią aplikacji

Wiele projektów łączy podwyższoną temperaturę z innymi warunkami wpływającymi na wybór:

• wysokie napięcie
• silne zakłócenia elektromagnetyczne
• Pola RF lub mikrofalowe
• silne pola magnetyczne
• ograniczona przestrzeń instalacyjna
• szybka zmiana temperatury
• wibracje mechaniczne
• narażenie chemiczne

Nie należy wybierać czujnika wyłącznie na podstawie temperatury maksymalnej. W niektórych zastosowaniach czynnikiem ograniczającym jest przestrzeń instalacyjna, środowisko elektryczne lub narażenie chemiczne, a nie samo ciepło. Często stosuje się optyczny łańcuch pomiarowy, ponieważ punkt pomiarowy może pozostać odizolowany elektrycznie, a optyczna ścieżka sygnału ma wysoką odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Szerszy kontekst pomiarowy opisano w światłowodowym pomiarze temperatury .

Gdzie można stosować wysokotemperaturowe czujniki światłowodowe

Są to obszary, w których może być wymagane wykrywanie punktów o podwyższonej temperaturze. Nie w każdym przypadku w tych obszarach występuje wysoka temperatura.

• Ogrzewanie przemysłowe: pomiar punktowy wewnątrz ogrzewanych urządzeń lub procesów.
• Sprzęt elektryczny wysokiego napięcia: punkty temperaturowe, w których wymagana jest izolacja galwaniczna.
• Testowanie elektroniki mocy: pomiary na gorących elementach podczas testowania.
• Ogrzewanie RF i mikrofalowe: pomiar w polach, które mogą zakłócać działanie czujników elektrycznych.
• Laboratoryjne badania termiczne: kontrolowany pomiar punktowy w konfiguracjach testowych.
• Wybrane punkty pomiarowe transformatora i silnika: określone lokalizacje wewnętrzne będące przedmiotem zainteresowania.

Typowe błędy przy wyborze wysokotemperaturowego czujnika światłowodowego

1. Patrzymy tylko na maksymalną liczbę temperatur. Liczba nie opisuje konstrukcji sondy, ekspozycji światłowodu, dokładności ani reakcji.
2. Ignorowanie ekspozycji termicznej światłowodu i osłony ochronnej. Końcówka czujnikowa może nie być jedyną częścią narażoną na działanie ciepła.
3. Zakładając, że zasięg i dokładność mają tę samą specyfikację. Szeroki zakres nie oznacza, że ​​wymagania dotyczące dokładności są spełnione w Twoim punkcie pracy.
4. Ignorowanie wymagań dotyczących kontaktu termicznego i reakcji. Instalacja wpływa na szybkość, z jaką sonda podąża za procesem.
5. Wybór długości światłowodu przed zaplanowaniem trasy. Trasa określa ilość potrzebnego włókna i sposób jego odsłonięcia.
6. Zakładając, że dowolna sonda współpracuje z dowolnym przyrządem światłowodowym. Kompatybilność zależy od zasady wykrywania i konstrukcji instrumentu.
7. Zakładając, że jedna sonda reprezentuje duży obszar termiczny. Sonda mierzy swój własny punkt wykrywania.

Wniosek

Wybór czujnika światłowodowego wysokotemperaturowego wymaga czegoś więcej niż tylko sprawdzenia maksymalnego zakresu temperatur. Główne punkty do potwierdzenia to zakres temperatur w rzeczywistym punkcie pomiarowym, konstrukcja sondy, ekspozycja temperaturowa światłowodu i osłony, dokładność w temperaturze roboczej, reakcja na proces termiczny, trasa i długość światłowodu oraz kompatybilność przyrządu.

Prawidłowy czujnik to taki, którego pełny łańcuch pomiarowy odpowiada rzeczywistym warunkom termicznym i instalacyjnym.

Jeśli Twój projekt wymaga punktowego pomiaru temperatury w środowisku o wysokiej temperaturze, wysokim napięciu lub wymagającym środowisku elektromagnetycznym, INNO może pomóc w sprawdzeniu punktu pomiarowego, konstrukcji sondy, prowadzenia światłowodu i wymagań dotyczących przyrządu monitorującego.

Omów swój projekt pomiaru wysokiej temperatury