- Việc chọn cảm biến nhiệt độ RF bắt đầu từ điểm đo vật lý (bề mặt, nhúng, vật cố định hoặc thành phần), chứ không chỉ với phạm vi nhiệt độ.
- Cặp nhiệt điện và RTD vẫn hoạt động ở nhiều địa điểm, miễn là các thiết bị điện tử nối dây, nối đất và đo lường phù hợp với điều kiện hiện trường.
- Dây cảm biến dẫn điện trong môi trường RF mạnh có thể gây thêm vấn đề về thu tín hiệu, nối đất phức tạp và hạn chế lắp đặt.
- Đo hồng ngoại không cần nối dây cảm biến nhưng cần truy cập quang học và bề mặt mục tiêu phù hợp với số đo không tiếp xúc.
- Cảm biến sợi quang huỳnh quang phù hợp với các điểm tiếp xúc xác định yêu cầu cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ cao.
- Một đầu dò huỳnh quang đo một điểm xác định. Một số điểm cần nhiều đầu dò và kênh.
Điều gì tạo nên sự khác biệt của cảm biến nhiệt độ RF?
Trường RF thay đổi câu hỏi về cảm biến nhiều hơn phạm vi nhiệt độ. Việc đọc 150°C là điều thường xuyên xảy ra ở hầu hết các nhà máy. Bên trong cấu trúc RF được cấp điện, kết quả tương tự đặt ra câu hỏi về hệ thống dây dẫn điện, nối đất, tính toàn vẹn của tín hiệu, cách ly điện, khả năng truy cập quang học và vị trí đặt cảm biến về mặt vật lý.
Cảm biến nhiệt độ RF không phải là một công nghệ cảm biến riêng biệt. Thuật ngữ này bao gồm cặp nhiệt điện, RTD, cảm biến đo hồng ngoại và cảm biến sợi quang, tùy theo loại nào phù hợp với môi trường được đề cập.
Dây dẫn điện là biến số chính. Chúng làm phức tạp việc đo nhiệt độ trong trường điện từ mạnh vì việc nối đất, thu tín hiệu và định tuyến cảm biến đều phải được quản lý cùng nhau.
Cảm biến nhiệt độ nào có thể được sử dụng trong môi trường RF?
Cặp nhiệt điện
Cặp nhiệt điện là cảm biến tiếp xúc nhỏ gọn với các điểm nối nhỏ và được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. Dây dẫn kim loại của chúng có thể thu năng lượng RF hoặc tạo đường nối đất, vì vậy cần chú ý định tuyến và điều hòa tín hiệu. Khi những hiệu ứng đó có thể được kiểm soát thì cặp nhiệt điện vẫn là một lựa chọn hợp lý.
Cảm biến RTD / Pt100
RTD cung cấp phép đo tiếp xúc ổn định ở bất kỳ nơi nào có thể chấp nhận được hệ thống dây dẫn điện. Chúng kết nối điện với thiết bị điện tử đo lường, do đó, việc định tuyến, che chắn và nối đất cáp có thể quan trọng trong môi trường RF.
Đo nhiệt độ bằng hồng ngoại
Hệ thống hồng ngoại đọc nhiệt độ mà không cần đầu cảm biến chạm vào mục tiêu, điều này giúp ích khi có đường ngắm. Kết quả phụ thuộc vào khả năng truy cập quang học và bề mặt mục tiêu, đồng thời không thể đọc trực tiếp các điểm nhúng ẩn. Sự cân bằng giữa đo nhiệt độ điểm và nhiệt độ không tiếp xúc thường quyết định nhánh lựa chọn này.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang
Cảm biến nhiệt độ sợi quang cảm biến nhiệt độ sợi quang đo tại điểm tiếp xúc thông qua đường quang. Không có dây dẫn cảm biến điện nào đến được điểm đo, điều này mang lại khả năng cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ cao. Điều đó khiến chúng trở nên hữu ích cho các điểm đo RF được nhúng hoặc khó đo.
So sánh cảm biến nhiệt độ RF
| Loại cảm biến | Phương pháp đo | Dây dẫn điện tại điểm đo | Cần có đường ngắm | Sự phù hợp của các điểm nhúng | Những điều cần cân nhắc trong trường RF mạnh |
|---|---|---|---|---|---|
| Cặp nhiệt điện | Tiếp điểm, mối nối nhiệt điện | Có, dây dẫn kim loại | Không | Có thể định tuyến dây dẫn | Phải quản lý việc thu dây, nối đất và điều hòa tín hiệu |
| RTD / Pt100 | Tiếp điểm, thay đổi điện trở | Có, dây dẫn kim loại | Không | Có thể khi kích thước phần tử và định tuyến cho phép | Đi dây, che chắn và nối đất cáp có thể quan trọng |
| Hồng ngoại / Nhiệt kế | Bức xạ không tiếp xúc, phát ra | Không có mục tiêu | Có | Giới hạn ở các bề mặt nhìn thấy được | Cần truy cập quang học và bề mặt mục tiêu phù hợp |
| Sợi quang huỳnh quang | Tiếp điểm, thời gian suy giảm huỳnh quang | Không có dây dẫn cảm biến điện | Không | Rất phù hợp với các điểm nhúng được xác định | Khả năng chống EMI cao; sự phù hợp vẫn phụ thuộc vào việc xây dựng và lắp đặt đầu dò |
RTD và cặp nhiệt điện vẫn là mặc định thực tế khi có thể quản lý hệ thống dây điện. Tia hồng ngoại bao phủ các bề mặt nhìn thấy được. Cảm biến sợi quang giành được vị trí của nó ở những nơi không mong muốn có dây dẫn tại điểm hoặc điểm được nhúng vào.
Khi việc đi dây cảm biến dẫn điện trở thành một hạn chế
Dây cảm biến kim loại hoạt động như một phần của hệ thống điện từ. Trong trường RF, chúng có thể kết hợp năng lượng, mang tín hiệu cảm ứng vào thiết bị điện tử đo lường và tạo ra các đường nối đất ngoài ý muốn. Kết quả có thể xuất hiện dưới dạng nhiễu, số đo không ổn định hoặc hạn chế lắp đặt xung quanh thiết bị.
Mức độ quan trọng của vấn đề này phụ thuộc vào cường độ trường, tần số, hình dạng dây dẫn, định tuyến cáp, tấm chắn, nối đất và thiết bị điện tử đo lường. Không có ngưỡng duy nhất nào được áp dụng và các hệ thống lắp đặt được bảo vệ tốt, nối đất tốt thường hoạt động mà không gặp sự cố.
Sự chênh lệch điện thế tạo thêm mối lo ngại thứ hai. Một dây dẫn chạy từ vùng có điện đến thiết bị đo được nối đất tạo thành một đường dẫn điện mà việc cách ly nhằm loại bỏ. Cảm biến nhiệt độ cách ly điện loại bỏ đường dẫn đó tại đầu dò, đó là lý do tại sao việc cách ly cũng quan trọng trong giám sát nhiệt độ điện áp cao .
Câu hỏi thực tế là liệu các dây dẫn có thể được định tuyến, che chắn và nối đất để các kết quả đo vẫn đáng tin cậy và thiết bị không bị xáo trộn hay không. Nếu vậy, cảm biến thông thường vẫn ổn. Nếu không, đường dẫn cảm biến sẽ phải thay đổi.
Khi phép đo hồng ngoại hoạt động tốt hơn
Hồng ngoại có thể là lựa chọn đơn giản hơn khi có thể nhìn thấy bề mặt, có đường ngắm và nhiệt độ bề mặt là lượng cần thiết. Vì không có cảm biến tiếp xúc trên mục tiêu nên không có gì để định tuyến, nối đất hoặc che chắn tại điểm đo.
Tuy nhiên, các giới hạn sẽ xuất hiện nhanh chóng. Điểm nội bộ ẩn nằm ngoài tầm với. Các bề mặt phản chiếu, mục tiêu nhỏ và hình học phức tạp làm phức tạp việc đọc và độ phát xạ phải được xem xét đối với bề mặt được quan sát.
Không phải mọi phép đo nhiệt độ RF đều yêu cầu cáp quang. Khi điểm có thể nhìn thấy được và kết quả đọc trên bề mặt trả lời được câu hỏi thì tia hồng ngoại thường là công cụ phù hợp.
Khi cảm biến nhiệt độ RF sợi quang có ý nghĩa
Cảm biến sợi quang phù hợp khi áp dụng đồng thời một số điều kiện sau:
- Môi trường là trường điện từ hoặc RF mạnh.
- Không nên đi dây cảm biến dẫn điện tại điểm đo.
- Cần phải cách ly điện.
- Cần đo lường điểm tiếp xúc tại một điểm vật lý xác định.
- Điểm được nhúng hoặc khó truy cập.
- Một số điểm biệt lập cần thu thập dữ liệu tập trung.
Nếu RTD, cặp nhiệt điện hoặc hệ thống hồng ngoại đã đáp ứng yêu cầu thì không có lý do gì để chuyển đổi. Cáp quang là một trong nhiều lựa chọn, không phải là câu trả lời mặc định cho mọi ứng dụng RF.
Đối với các điểm yêu cầu điện từ, Đầu dò nhiệt độ sợi quang MRI và RF là một cấu trúc đầu dò để đánh giá so với quá trình lắp đặt.
Cách hoạt động của phép đo nhiệt độ sợi quang huỳnh quang
Ánh sáng kích thích truyền xuống sợi quang tới vật liệu cảm biến huỳnh quang ở đầu đầu dò. Vật liệu này trả lại huỳnh quang dọc theo cùng một sợi và bộ tách sóng quang trong thiết bị ghi lại nó dưới dạng dạng sóng phân rã.
Thiết bị sẽ trích xuất thời gian tồn tại huỳnh quang từ dạng sóng đó. Sau khi hiệu chuẩn, thời gian suy giảm huỳnh quang được quy đổi thành nhiệt độ vì đặc tính suy giảm ánh sáng phát ra từ vật liệu thay đổi theo nhiệt độ theo một quy luật xác định. Nhiệt độ được tính từ thời gian suy giảm huỳnh quang chứ không chỉ từ độ sáng, vì vậy những thay đổi thông thường về cường độ ánh sáng không phải là biến đo lường.
Mọi thứ giữa đầu dò và thiết bị đều là quang học. Không có tín hiệu điện nào được tạo ra hoặc truyền đi tại điểm cảm biến, đây là cơ sở cho sự cách ly điện được mô tả trước đó. Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang sử dụng nguyên lý đo quang học giống nhau trên RF và các môi trường thiết bị có yêu cầu khắt khe khác.
Đo nhiệt độ RF và vi sóng có liên quan nhưng không giống hệt nhau
Thiết bị RF và vi sóng đều có thể tạo ra môi trường điện từ mạnh. Thiết kế thiết bị, tần số hoạt động, phân bố trường, cơ chế gia nhiệt và khả năng truy cập đo lường vẫn khác nhau giữa chúng, do đó, một cảm biến phù hợp với cách sắp xếp này có thể không phù hợp với cách sắp xếp khác.
Tuy nhiên, logic lựa chọn vẫn tiếp tục. Cảm biến nhiệt độ vi sóng phải đối mặt với các bước kiểm tra tương tự như cảm biến RF: dây dẫn điện, khả năng truy cập quang học và điều kiện trường phải được đánh giá cho thiết bị thực tế. Thiết bị vi sóng công nghiệp cũng có thể cần vị trí đặt cảm biến khác với các ứng dụng giám sát nhiệt độ vi sóng khác.
Trong quá trình Làm nóng bằng sóng RF và vi sóng, các vị trí đầu dò phải tuân theo vùng sưởi ấm thực tế và khả năng tiếp cận phép đo.
Các điểm đo nhiệt độ RF điển hình
Đầu dò sợi quang huỳnh quang thường được xem xét tại các điểm như:
- Thiết bị sưởi ấm RF
- Thiết bị làm nóng vi sóng
- Thiết bị kiểm tra RF
- Các điểm đo thiết bị liên quan đến plasma
- Môi trường thử nghiệm RF điện áp cao
- Bố trí kiểm tra MRI và RF khi đầu dò cụ thể phù hợp
- Thử nghiệm thành phần cách điện
Cấu trúc đầu dò thực tế, khả năng tương thích vật liệu và phương pháp lắp đặt phải được xác nhận cho từng môi trường thiết bị. Sự phù hợp ở một địa điểm không tự động được chuyển sang địa điểm khác.
Một đầu dò sợi quang đo một điểm xác định
Cảm biến huỳnh quang là cảm biến điểm. Một đầu dò đo một điểm vật lý xác định và đầu cảm biến phải được đặt ở vị trí dự định. Nhiều điểm yêu cầu nhiều đầu dò và kênh tương ứng.
Nó không phải là cảm biến nhiệt độ phân tán. Sợi không đo liên tục dọc theo chiều dài của nó, không lập bản đồ nhiệt độ và không tự động xác định vị trí các điểm nóng chưa xác định. Nếu không xác định được vị trí điểm nóng thì việc bố trí đầu dò phải được lên kế hoạch xung quanh các vị trí có thể xảy ra.
Việc giám sát đa điểm được xử lý bằng phần cứng thu thập dữ liệu chẳng hạn như bộ truyền nhiệt độ sợi quang đa kênh, với mỗi đầu dò được gán cho kênh riêng.
Thông số sợi quang huỳnh quang INNO điển hình
Các giá trị điển hình phụ thuộc vào cấu hình đầu dò và hệ thống giám sát. Bảng này liệt kê cấu hình sợi quang huỳnh quang INNO điển hình, chẳng hạn như đầu dò nhiệt độ sợi quang huỳnh quang tiêu chuẩn với thiết bị tương thích.
| Thông số | Cấu hình điển hình |
|---|---|
| Nguyên tắc đo lường | Thời gian suy giảm huỳnh quang |
| Phạm vi nhiệt độ | −40 °C đến +260 °C |
| Độ chính xác | ±0,5 °C đến ±1 °C tùy thuộc vào cấu hình |
| Độ phân giải | 0.1 °C |
| Phản hồi | <1 giây đối với cấu hình tiêu chuẩn |
| Đường kính đầu dò | 2–3 mm, có thể định cấu hình |
| Chiều dài sợi | Có thể định cấu hình theo yêu cầu của ứng dụng |
| Cách điện | >100 kV đối với các cấu hình hiện hành |
| Đầu nối | ST |
| Kênh | Cấu hình một kênh và đa kênh |
| Giao tiếp | RS485 / Modbus RTU cho các thiết bị hiện hành |
Cách chọn cảm biến nhiệt độ RF
Xác định điểm đo vật lý. Quyết định xem mục tiêu là bề mặt, vị trí nhúng, bộ phận bên trong, vật cố định, lò sưởi hay mẫu. Quyết định duy nhất này sẽ loại bỏ một số tùy chọn ngay lập tức.
Xác định xem có thể đo tiếp điểm hay không. Xem xét khả năng truy cập vật lý, đường ngắm, gắn đầu dò và định tuyến cảm biến. Không có đường ngắm, tia hồng ngoại sẽ tắt. Không có chỗ cho dây dẫn, cảm biến tiếp xúc thông thường trở nên khó khăn.
Đánh giá môi trường RF hoặc điện từ. Các yêu cầu về điều kiện hiện trường, dây dẫn điện, nối đất, che chắn và cách ly điện đều ảnh hưởng đến việc cảm biến nhiệt độ cho thiết bị RF có thể sử dụng dây dẫn kim loại hay không.
Xác định hiệu suất đo thực sự cần thiết. Giữ riêng biệt độ chính xác, độ phân giải, phản hồi và độ lặp lại. Độ phân giải 0,1 °C không hàm ý độ chính xác 0,1 °C và phản hồi nhanh không đảm bảo kết quả đọc ổn định.
Xác định số lượng điểm. Bố cục một điểm và nhiều điểm dẫn đến số lượng đầu dò, số lượng kênh và thiết bị khác nhau.
Xác định tích hợp thiết bị. Quyết định xem các số đọc sẽ chuyển sang RS485 / Modbus RTU nếu có, hệ thống DAQ, PLC hay hệ thống cấp cao hơn để giám sát nhiệt độ công nghiệp .
| Điều kiện ứng dụng | Tùy chọn cảm biến cần cân nhắc | Lý do | Kiểm tra chính trước khi lựa chọn |
|---|---|---|---|
| Điểm thông thường có thể truy cập | Cặp nhiệt điện / RTD | Đo tiếp xúc đơn giản với thiết bị đo đã được thiết lập | Định tuyến dây dẫn, che chắn và nối đất tại hiện trường |
| Bề mặt nhìn thấy được | Hồng ngoại | Không có cảm biến dẫn đến mục tiêu | Đường ngắm, tình trạng bề mặt và độ phát xạ |
| Điểm RF mạnh được nhúng | Cáp quang | Đường quang không có dây dẫn cảm biến điện tại điểm | Cấu trúc đầu dò, khả năng tương thích vật liệu và vị trí |
| Điểm cao thế cách ly điện | Cáp quang | Cách ly giữa điểm phát hiện và thiết bị | Định mức cách điện cho cấu hình cụ thể |
Khớp cảm biến với điểm đo RF
Việc lựa chọn cảm biến nhiệt độ RF bắt đầu từ điểm đo vật lý. Cảm biến thông thường vẫn phù hợp trong nhiều hệ thống RF và hồng ngoại rất hữu ích khi truy cập quang học và đọc bề mặt là phù hợp. Số lượng kênh tuân theo số lượng điểm được xác định thực tế.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang trở nên có giá trị khi cần cách ly điện, cảm biến tiếp xúc nhúng hoặc khả năng chống nhiễu điện từ cao.
Các dự án thiết bị RF hoặc thiết bị vi sóng có điểm đo EMI cao hoặc cách ly điện được xác định có thể được thảo luận với nhóm kỹ thuật INNO bằng cách sử dụng các vị trí đo dự kiến, phạm vi nhiệt độ, môi trường RF và các yêu cầu về kênh.