Giám sát nhiệt độ sợi quang trong môi trường đo khắc nghiệt

Giám sát nhiệt độ sợi quang hữu ích khi cảm biến điện thông thường gặp hạn chế do điện áp cao, trường điện từ mạnh hoặc điểm đo nằm sâu trong thiết bị. Công nghệ này cũng được xem xét cho môi trường RF và vi sóng. Đầu dò nhỏ đo một điểm đã chọn, còn bộ đọc điện tử có thể đặt ngoài vùng đó, tùy cấu hình và điều kiện lắp đặt.

Giám sát nhiệt độ bằng sợi quang đặc biệt hữu ích khi các cảm biến điện thông thường gặp phải các hạn chế như điện áp cao, trường điện từ mạnh, năng lượng RF hoặc vi sóng, từ trường mạnh hoặc khả năng tiếp cận điểm đo bị hạn chế. INNO sử dụng cảm biến điểm dựa trên huỳnh quang, trong đó mỗi đầu dò đo một vị trí vật lý xác định và sợi quang mang tín hiệu đến thiết bị giám sát. Do đó, cấu trúc đầu dò, định tuyến sợi, số kênh và tích hợp hệ thống thay đổi tùy theo thiết bị và mục tiêu đo lường.

Giải pháp giám sát nhiệt độ sợi quang là gì?

Một giải pháp không chỉ là một cảm biến. Tùy thuộc vào phạm vi dự án, nó có thể bao gồm:

• đầu dò sợi quang
• cáp quang
• sợi mở rộng khi cần thiết
• các bộ phận lắp đặt cơ học hoặc xuyên suốt
• bộ truyền hoặc giải điều chế nhiệt độ
• thiết bị giám sát đa kênh
Đầu ra dữ liệu
• Tích hợp PLC, SCADA hoặc DAQ

Không phải dự án nào cũng yêu cầu mọi thành phần. Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm một điểm có thể chỉ cần một đầu dò và một thiết bị tương thích, trong khi việc lắp đặt đa điểm trong thiết bị điện cũng có thể liên quan đến việc định tuyến phần cứng và tích hợp hệ thống. Phương pháp tổng thể được giới thiệu trong phần đo nhiệt độ sợi quang .

Các phần bên dưới có cùng cấu trúc: thách thức đo lường, những gì cần đo, tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích, cách tiếp cận điểm cảm biến điển hình và các câu hỏi về cấu hình chính.

Giám sát nhiệt độ cuộn dây máy biến áp

Thử thách đo lường: nhiệt độ cuộn dây bên trong không thể được thể hiện đầy đủ bằng các phép đo bể hoặc dầu bên ngoài.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại các vị trí đã chọn bên trong cấu trúc cuộn dây.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: điểm cảm biến nằm trong môi trường điện áp cao, trường cao và đường quang cung cấp khả năng cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ cao. Phép đo điểm trực tiếp đưa ra kết quả tại chính vị trí đó thay vì ước tính từ nơi khác.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: Đầu dò có thể được nhúng tại các vị trí cuộn dây đã chọn trong quá trình sản xuất máy biến áp. Các vị trí được lựa chọn hoặc các điểm tới hạn về nhiệt được xác định bởi thiết kế máy biến áp và phân tích nhiệt. Đầu dò không tự tìm thấy điểm nóng nhất và một đầu dò không đại diện cho toàn bộ cuộn dây.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Vị trí cuộn dây nào được xác định là điểm đo?
• Cần bao nhiêu điểm độc lập?
• Mỗi sợi quang sẽ thoát ra khỏi máy biến áp như thế nào?

Các trang liên quan: giám sát nhiệt độ máy biến áp và giám sát điểm nóng trực tiếp .

Giám sát nhiệt độ cuộn dây của động cơ và máy phát điện

Thử thách đo lường: cuộn dây stato trong máy điện áp cao nằm gần trường điện từ mạnh và điểm cảm biến cần phải được cách ly khỏi điện thế của cuộn dây.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại các vị trí cuộn dây stato đã chọn.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: RTD vẫn phổ biến và thiết thực đối với nhiều máy và cảm biến sợi quang không thay thế chúng. Nó có thể được xem xét khi yêu cầu chính là cách ly điện, điện trở EMI mạnh, đo điểm trực tiếp hoặc môi trường thử nghiệm đặc biệt.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: cảm biến nhúng trong quá trình sản xuất là phổ biến đối với các phép đo cuộn dây, với các đầu dò được đặt tại các vị trí xác định thay vì phân bố dọc theo toàn bộ cuộn dây.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Vị trí cuộn dây nào quan trọng đối với hoạt động nhiệt của máy?
• Có thể lắp đặt đầu dò trong quá trình sản xuất hay khả năng truy cập bị hạn chế?
• Các sợi sẽ được định tuyến ra khỏi máy bằng cách nào?

Trang liên quan: giám sát nhiệt độ động cơ và máy phát điện .

Đo nhiệt độ thiết bị điện áp cao

Thử thách đo lường: các bộ phận mang điện và thiết bị kiểm tra điện áp cao gây khó khăn cho việc mang dây dẫn điện thông thường đến điểm đo.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại các điểm cụ thể trên hoặc bên trong thiết bị sử dụng điện.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: đường dẫn cảm biến quang học cho phép thiết bị giám sát điện tử tránh xa điểm phát hiện. Bản thân sợi quang mang ánh sáng chứ không phải là tín hiệu điện.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: đầu dò được cố định tại điểm đã chọn và sợi được định tuyến đến thiết bị ở vị trí có ứng suất thấp hơn. Cảm biến sợi quang không làm cho mọi phép đo điện áp cao tự động an toàn. Sự phù hợp vẫn phụ thuộc vào cấu trúc đầu dò, thiết kế cách điện, định tuyến, thiết kế thiết bị và phương pháp lắp đặt.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Tình trạng điện áp tại điểm đo và dọc theo tuyến cáp quang như thế nào?
• Đầu dò sẽ được gắn và cách điện như thế nào?
• Có thể đặt nhạc cụ ở đâu?

Trang liên quan: giám sát nhiệt độ điện áp cao .

Giám sát nhiệt độ thiết bị đóng cắt và kết nối điện

Thử thách đo lường: các kết nối điện có thể là điểm rủi ro về nhiệt và chúng nằm trong thiết bị có điện, nơi cần cách ly.

Những gì cần đo: nhiệt độ tại các vị trí cụ thể như các mối nối thanh cái, kết nối bắt vít, các điểm dây dẫn đã chọn hoặc khu vực đầu cuối cáp.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: đầu dò có thể được đặt tại kết nối trong khi đường dẫn quang giữ cho thiết bị được tách biệt về mặt điện với nó.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: Đầu dò điểm chỉ đo các vị trí đã chọn. Chúng không liên tục giám sát toàn bộ dây cáp điện hoặc toàn bộ hoạt động của thanh cái. Cách tiếp cận này hoạt động khi điểm rủi ro nhiệt được biết đến.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Điểm rủi ro nhiệt đã biết ở đâu?
• Đầu dò sẽ được gắn vào nó như thế nào?
• Có bao nhiêu kết nối cần đo lường độc lập?
• Sợi quang sẽ được định tuyến như thế nào?

Trang liên quan: giám sát nhiệt độ thiết bị đóng cắt .

Đo nhiệt độ RF và vi sóng

Thử thách đo lường: đầu dò dẫn điện và dây dẫn điện có thể tương tác với trường RF hoặc vi sóng, tùy thuộc vào thiết kế thiết bị.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại một điểm xác định trong hoặc gần vật liệu hoặc thành phần được làm nóng.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: đầu dò điểm sợi quang cung cấp đường dẫn cảm biến không dẫn điện và đo điểm trực tiếp, với thiết bị được đặt bên ngoài trường hoạt động khi thích hợp. Điều này không có nghĩa là không bao giờ có thể sử dụng cảm biến kim loại. Các cảm biến điện thông thường có thể cần được xem xét thêm về định tuyến, nối đất, che chắn và tương tác trường.

Cách tiếp cận điểm cảm biến điển hình: đầu dò được đặt tại điểm đã chọn và sợi rời khỏi vùng trường về phía thiết bị.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Điểm đo nằm ở đâu so với hiện trường?
• Đầu dò sẽ tiếp xúc nhiệt với mục tiêu như thế nào?
• Sợi thoát ra khỏi buồng hoặc khoang ở đâu?

Trang liên quan: giám sát nhiệt độ vi sóng .

MRI và Đo nhiệt độ từ trường mạnh

Thử thách đo lường: bố trí cảm biến điện và kim loại có thể tạo ra các hạn chế thiết kế bổ sung trong môi trường từ trường mạnh.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại vị trí đã chọn trong hoặc gần hiện trường.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: Cảm biến điểm sợi quang cung cấp đường dẫn cảm biến quang, cách ly điện và đo nhiệt độ tại một vị trí đã chọn. Bất kỳ việc sử dụng cụ thể nào đều phải được xem xét dựa trên thông tin sản phẩm đã được xác minh và các yêu cầu của quá trình thiết lập.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: đầu dò nằm ở vị trí mục tiêu và sợi quang mang tín hiệu quang ra khỏi trường đến thiết bị.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Không gian nào có sẵn tại điểm đo?
• Sợi quang phải chạy bao xa để đến được thiết bị?
• Ứng dụng yêu cầu xác minh gì?

Trang liên quan: Theo dõi nhiệt độ MRI .

Giám sát nhiệt độ công nghiệp đa điểm

Thử thách đo lường: một số thiết bị có một số vị trí phải được đo độc lập, chẳng hạn như tủ điện, bàn thử nghiệm, thiết bị thí nghiệm và máy công nghiệp.

Nội dung cần đo: nhiệt độ tại mỗi vị trí xác định, cùng một lúc.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: khi một số điểm nằm trong khu vực đòi hỏi nhiều điện năng, thiết bị đa kênh có thể đọc nhiều đầu dò quang học cách ly từ một vị trí.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: mỗi điểm có đầu dò riêng. Cảm biến điểm đa điểm không phải là cảm biến phân tán vì mỗi đầu dò chỉ đo vị trí đầu dò của chính nó. Ví dụ: sáu vị trí đo độc lập thường cần sáu đầu dò và ít nhất sáu kênh hoạt động tương thích. Đây là một ví dụ về cấu hình, không phải là một tiêu chuẩn chung.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Tồn tại bao nhiêu địa điểm độc lập?
• Mỗi sợi quang sẽ được định tuyến và nhận dạng như thế nào?
• Dụng cụ sẽ nằm ở vị trí nào so với các điểm?

Các trang liên quan: hệ thống giám sát nhiệt độ đa điểm và hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang .

Đo nhiệt độ phòng thí nghiệm và thiết bị thử nghiệm

Thử thách đo lường: Các thiết lập nghiên cứu và thử nghiệm thường kết hợp hình học bất thường với các điều kiện điện hoặc điện từ làm phức tạp cảm biến thông thường.

Những gì cần đo: nhiệt độ tại các điểm vật lý đã chọn trong thiết bị nghiên cứu, kiểm tra điện áp cao, thí nghiệm nhiệt, kiểm tra RF hoặc môi trường kiểm tra điện từ.

Tại sao cảm biến sợi quang có thể hữu ích: tính linh hoạt của phép đo. Thiết bị có thể được tách rời khỏi điểm cảm biến và có thể thiết lập cách ly điện. Hình dạng đầu dò tùy chỉnh và định tuyến sợi có thể là các tùy chọn mà ứng dụng yêu cầu.

Phương pháp tiếp cận điểm cảm biến điển hình: Đầu dò được đặt tại các điểm mà thử nghiệm xác định và số lượng kênh tuân theo số điểm.

Các câu hỏi cấu hình chính:

• Thử nghiệm có cần hình dạng đầu dò cụ thể không?
• Đầu dò sẽ được gắn và định tuyến sợi quang trong suốt quá trình thiết lập như thế nào?
• Hệ thống kiểm tra cần dữ liệu đầu ra nào?

Cấu trúc đầu dò cho những trường hợp này được hiển thị trong danh mục cảm biến nhiệt độ sợi quang .

Thử thách đo lường và sắp xếp cảm biến

Khi cảm biến nhiệt độ sợi quang có thể không cần thiết

Các cảm biến thông thường như RTD, cặp nhiệt điện, điện trở nhiệt và đo hồng ngoại vẫn có tính ứng dụng cao trong nhiều trường hợp. Cảm biến sợi quang không cần thiết cho mọi ứng dụng nhiệt độ và các cảm biến khác nhìn chung không thua kém. Chúng có thể là lựa chọn phù hợp hơn khi:

• cách ly điện không phải là yêu cầu chính
• môi trường EMI có thể quản lý được
• bề mặt có thể truy cập được
• thiết bị hiện có đã hỗ trợ các cảm biến thông thường
• chi phí hoặc tính đơn giản của việc trang bị thêm là hạn chế chính

Cảm biến sợi quang có xu hướng giành được vị trí khi bản thân điểm đo gặp khó khăn: cách ly, tiếp xúc với trường, quyền truy cập bị hạn chế hoặc nhu cầu về một điểm bên trong xác định.

Cách kết hợp giải pháp sợi quang với ứng dụng

Làm việc từ điểm đo ra ngoài. Danh sách kiểm tra dưới đây không áp dụng đầy đủ cho mọi dự án.

• Xác định điểm đo vật lý chính xác.
• Xác nhận phạm vi nhiệt độ dự kiến.
• Xác định xem điểm có ở điện áp cao hay không.
• Đánh giá môi trường EMI, RF hoặc từ trường.
• Kiểm tra dung lượng cài đặt sẵn có.
• Xác định hình dạng đầu dò.
• Lập kế hoạch định tuyến cáp quang.
• Xác định độ dài sợi.
• Đếm các điểm đo độc lập.
• Khớp số lượng kênh đang hoạt động.
• Xác nhận vị trí thiết bị giám sát.
• Xác định các yêu cầu về PLC, SCADA hoặc DAQ.
• Quyết định xem dự án là bản dựng mới hay bản nâng cấp.

Lựa chọn đầu dò chung được đề cập riêng trong Cách chọn cảm biến nhiệt độ sợi quang. Nguyên lý cảm biến đằng sau các đầu dò này được mô tả trong Cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang, trong đó thiết bị đọc phản hồi quang học của đầu cảm biến. Dụng cụ đó chuyển đổi tín hiệu quang phản hồi thành dữ liệu nhiệt độ, được bảo vệ theo máy phát và máy chủ nhiệt độ sợi quang.

Giới hạn cài đặt và phạm vi phủ sóng

• Chọn đầu dò trước khi xác định điểm đo vật lý. Điểm và các điều kiện của nó xác định đầu dò chứ không phải ngược lại.
• Giả sử toàn bộ sợi quang đo nhiệt độ. Trong cảm biến điểm huỳnh quang, đầu cảm biến đo nhiệt độ và sợi quang mang tín hiệu quang.
• Xử lý cảm biến nhiều điểm dưới dạng DTS. Một số đầu dò đưa ra một số phép đo điểm độc lập, không phải là một cấu hình liên tục.
• Giả sử một đầu dò đại diện cho một cuộn dây hoặc thành phần lớn. Đầu dò chỉ báo cáo vị trí của chính nó.
• Chọn số kênh trước khi đếm các điểm phát hiện thực tế. Đếm các điểm độc lập trước, sau đó khớp các kênh.
• Bỏ qua định tuyến cáp quang. Việc định tuyến ảnh hưởng đến độ dài, độ phơi sáng, khả năng bảo vệ và vị trí đặt thiết bị.
• Bỏ qua khả năng tương thích của thiết bị. Đầu dò và thiết bị phải sử dụng công nghệ cảm biến tương thích.
• Giả sử cảm biến sợi quang là cần thiết cho mọi ứng dụng nhiệt độ. Cảm biến thông thường thường là đủ.
• Đang cố gắng trang bị thêm các đầu dò nhúng mà không xác nhận quyền truy cập vật lý. Một số điểm chỉ có thể đạt được trong quá trình sản xuất hoặc lắp ráp.

Kết luận

Giám sát nhiệt độ bằng sợi quang không phải là một kiến trúc hệ thống cố định. Giải pháp chính xác phụ thuộc vào điểm đo, môi trường điện, phạm vi nhiệt độ, khả năng tiếp cận lắp đặt, số lượng điểm độc lập, định tuyến cáp quang, thiết bị giám sát và tích hợp hệ thống.

INNO tập trung vào cảm biến nhiệt độ sợi quang điểm dựa trên huỳnh quang cho các vị trí đo vật lý đã chọn. Một đầu cảm biến là một điểm và nhiều điểm có nghĩa là nhiều đầu dò.

Nếu dự án của bạn liên quan đến điện áp cao, EMI mạnh, RF, từ trường, điểm nhiệt độ nhúng hoặc giám sát đa điểm, INNO có thể giúp xem xét các vị trí cảm biến, cấu hình đầu dò, định tuyến sợi quang và các yêu cầu về kênh.

Thảo luận về ứng dụng theo dõi nhiệt độ của bạn