Cảm biến nhiệt độ sợi quang dùng sợi dẫn quang và phần tử cảm biến để đo tại một vị trí đã chọn. Trong phép đo điểm bằng huỳnh quang, vật liệu nhạy nhiệt nằm ở đầu dò. Ánh sáng kích thích đi qua sợi đến đầu dò; bộ đọc tương thích xử lý tín hiệu quang trở về thành nhiệt độ. Một đầu dò chỉ phản ánh điểm được bố trí để đo.
Không giống như cảm biến hoặc cặp nhiệt điện Pt100, đường dẫn cảm biến không phụ thuộc vào tín hiệu đo nhiệt độ điện ở đầu dò. Điều đó làm cho phép đo nhiệt độ sợi quang trở thành lựa chọn thiết thực cho thiết bị điện áp cao, trường điện từ mạnh, môi trường RF/vi sóng và các ứng dụng khác cần đo cách ly điện. Cảm biến thông thường vẫn phù hợp với nhiều công việc công nghiệp.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang là gì?
Cảm biến nhiệt độ sợi quang đo nhiệt độ của một điểm đã chọn bằng cách gửi ánh sáng đến phần tử cảm biến và đọc phản hồi quang học phản hồi lại. Giá trị đo được là nhiệt độ tại thời điểm đó, không phải là giá trị trung bình trên một bề mặt hoặc một thể tích.
Một hệ thống cảm biến nhiệt độ sợi quang điểm điển hình bao gồm:
- Đầu dò cảm biến
- Cáp quang
- Sợi mở rộng tùy chọn
- Bộ truyền / giải điều chế nhiệt độ
- Thiết bị giám sát
Từ "cảm biến" được sử dụng theo hai cách trên thị trường. Một số nhà cung cấp chỉ sử dụng nó cho đầu dò. Những người khác sử dụng nó cho toàn bộ hệ thống dụng cụ thăm dò. Khi bạn so sánh các câu trích dẫn, hãy xác nhận xem câu nào có nghĩa. Đầu dò là phần tử được lắp đặt tại điểm đo, trong khi thiết bị giám sát thực hiện xử lý tín hiệu quang và chuyển đổi phản hồi thành dữ liệu nhiệt độ.
Bên trong đầu dò nhiệt độ sợi quang là gì?
Đầu dò có ba bộ phận chức năng:
- Đầu dò: chứa vật liệu cảm biến huỳnh quang nhạy cảm với nhiệt độ. Đây là điểm cảm nhận.
- Sợi quang: gửi ánh sáng từ thiết bị đến đầu và trả về phản hồi quang học.
- Vỏ hoặc cấu trúc bảo vệ: cung cấp khả năng bảo vệ cơ học, định vị và tiếp xúc nhiệt với mục tiêu.
Đường kính đầu dò thường khoảng 2-3 mm và cấu trúc có thể được điều chỉnh cho phù hợp với thiết bị và điểm đo. Vật liệu và công thức cảm biến chính xác tùy theo nhà sản xuất; người mua thường cần phạm vi hoạt động đã được xác minh của đầu dò và khả năng tương thích ứng dụng hơn là công thức vật liệu độc quyền.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang hoạt động như thế nào?
Phép đo tuân theo sáu bước:
- Thiết bị giám sát gửi ánh sáng qua sợi quang.
- Ánh sáng chạm tới vật liệu huỳnh quang nhạy cảm với nhiệt độ ở đầu đầu dò.
- Vật liệu cảm biến tạo ra phản ứng quang học thay đổi theo nhiệt độ.
- Phản hồi quang truyền ngược qua sợi quang.
- Thiết bị giám sát phân tích phản ứng quang học.
- Thiết bị chuyển đổi kết quả thành giá trị nhiệt độ.
Nhiệt độ được xác định từ các đặc tính của phản ứng huỳnh quang chứ không phải từ điện trở hoặc điện áp nhiệt điện. Trong các hệ thống dựa trên huỳnh quang, nhiệt độ có thể được xác định từ đặc tính phân rã phụ thuộc vào nhiệt độ của phản ứng huỳnh quang. Đầu dò cảm biến không yêu cầu thiết bị điện tử hoạt động tại điểm đo và không tạo ra tín hiệu đo nhiệt độ điện ở đó.
Để hiểu sâu hơn về nền tảng cảm biến cơ bản, hãy xem trang công nghệ cảm biến nhiệt độ sợi quang huỳnh quang .
Bản thân sợi quang có phải là cảm biến nhiệt độ không?
Không chính xác. Trong cảm biến điểm này, điểm cảm biến được xác định nằm ở đầu đầu dò, nơi đặt bộ phận cảm biến. Sợi chủ yếu mang tín hiệu quang giữa đầu dò và thiết bị giám sát.
Điều này khác với các công nghệ cảm biến trong đó sợi hoạt động như một phương tiện đo liên tục dọc theo chiều dài của nó. Ở đây, sợi quang là đường dẫn tín hiệu. Việc uốn cong, định tuyến và kéo dài nó sẽ thay đổi vị trí đặt thiết bị chứ không phải vị trí đo nhiệt độ.
Đo nhiệt độ sợi quang điểm là gì?
Đo điểm có nghĩa là một đầu dò tương đương với một điểm cảm biến vật lý được xác định. Ba đầu dò cho ba điểm đo độc lập, thường sử dụng ba kênh đo hoạt động.
Đầu dò không đo được toàn bộ máy biến áp, tủ hoặc buồng. Nó báo cáo nhiệt độ tại vị trí đầu dò. Để giám sát một số địa điểm, bạn cần nhiều đầu dò được kết nối với thiết bị giám sát đa kênh. Vị trí bạn đặt mỗi đầu dò sẽ quyết định mức độ hữu ích của việc đọc.
Sự khác biệt giữa Đầu dò và Công cụ Giám sát là gì?
| Thành phần | Chức năng chính | Vị trí điển hình |
|---|---|---|
| Đầu dò nhiệt độ sợi quang | Đo nhiệt độ tại điểm vật lý đã chọn | Bên trong hoặc gần thiết bị |
| Cáp quang | Mang tín hiệu quang | Giữa đầu dò và thiết bị |
| Bộ truyền / giải mã nhiệt độ | Xử lý phản hồi quang học và chuyển đổi nó thành dữ liệu nhiệt độ | Tủ điều khiển hoặc vị trí giám sát |
| Công cụ giám sát đa kênh | Xử lý nhiều kênh thăm dò và có thể cung cấp khả năng hiển thị và liên lạc | Phòng điều khiển, bảng điều khiển hoặc tủ thiết bị |
Đầu dò thường không cung cấp trực tiếp RS485 hoặc Modbus. Giao tiếp thường xảy ra ở thiết bị giám sát hoặc máy phát.
Tại sao cảm biến nhiệt độ sợi quang lại mang lại sự cách ly điện?
Đường đo quang không sử dụng dây đo điện dẫn điện tại điểm cảm biến. Do đó, điện thế tại điểm cảm biến không được đưa trở lại thiết bị thông qua dây dẫn cảm biến điện. Đường đo quang không dẫn điện.
Điều này phù hợp với thiết bị điện áp cao, các cấu trúc mang điện và các vị trí có điện trường mạnh. Cảm biến sợi quang giúp cung cấp đường đo nhiệt độ cách ly bằng điện. Nó không loại bỏ sự cần thiết phải thiết kế cách nhiệt, khoảng trống và thực hành lắp đặt thích hợp.
Đường dẫn cảm biến quang học chống lại EMI như thế nào?
Tín hiệu quang không bị ảnh hưởng bởi nhiễu điện từ giống như cách đo dây dẫn điện. Do đó, cảm biến sợi quang rất phù hợp với các phép đo gần thiết bị điện áp cao, động cơ và máy phát điện, nguồn RF và vi sóng, điện tử công suất và các môi trường điện từ mạnh khác.
Cần nêu rõ giới hạn. Miễn dịch áp dụng dọc theo con đường cảm biến quang học. Thiết bị giám sát và hệ thống dây liên lạc của nó vẫn là các linh kiện điện tử và cần được lắp đặt kỹ thuật thông thường, chẳng hạn như nối đất, che chắn và định tuyến cáp thích hợp.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang so với Pt100 so với cặp nhiệt điện
Cảm biến và cặp nhiệt điện Pt100 / RTD vẫn được sử dụng rộng rãi trong đo nhiệt độ công nghiệp thông thường. Cảm biến sợi quang đặc biệt hữu ích khi cần cách ly điện, chống nhiễu điện từ, cảm biến không dẫn điện hoặc đo điểm trực tiếp trong môi trường khó khăn về điện.
| Loại cảm biến | Tín hiệu đo | Dây dẫn tại điểm phát hiện | Cân nhắc EMI | Sử dụng điển hình |
|---|---|---|---|---|
| Sợi quang | Quang học | Không có tín hiệu đo dẫn điện | Khả năng miễn dịch cao dọc theo đường quang | Đo điện áp cao, EMI và cách ly |
| Pt100 / RTD | Điện trở | Có | Tùy thuộc vào cài đặt | Đo nhiệt độ công nghiệp thông thường |
| Cặp nhiệt điện | Điện áp điện | Có | Tùy thuộc vào cài đặt | Đo nhiệt độ công nghiệp trên phạm vi rộng |
Cảm biến nhiệt độ sợi quang có thể đo phạm vi nhiệt độ nào?
Phạm vi tham chiếu điển hình cho đầu dò điểm INNO là khoảng -40 đến 260 °C, tùy thuộc vào cấu hình đầu dò. Các cấu trúc đầu dò khác nhau có thể được chọn cho các phạm vi nhiệt độ và ứng dụng khác nhau, vì vậy hãy xác nhận phạm vi dựa trên mô hình đầu dò chính xác và môi trường hoạt động của nó.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang chính xác đến mức nào?
Độ chính xác điển hình của INNO là khoảng ±0,5 đến ±1 °C, tùy thuộc vào cấu hình đầu dò và thiết bị.
Độ chính xác của cảm biến và độ không đảm bảo đo được cài đặt không giống nhau. Kết quả bạn nhận được trong thiết bị cũng phụ thuộc vào vị trí đầu dò, tiếp xúc nhiệt, chất lượng lắp đặt, vật liệu mục tiêu và cấu hình hệ thống. Một đầu dò được xác định rõ nhưng được lắp đặt kém sẽ không cho kết quả đại diện.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang phản hồi nhanh như thế nào?
Tham chiếu phản hồi đầu dò điểm INNO điển hình là dưới 1 giây, tùy thuộc vào cấu trúc đầu dò và điều kiện đo. Trong thực tế, phản hồi bạn thấy cũng phụ thuộc vào:
- Thiết kế đầu cảm biến
- Tiếp xúc nhiệt với mục tiêu
- Phương pháp dán, băng dính hoặc lắp đặt
- Vật liệu mục tiêu
- Luồng khí
- Khối lượng nhiệt của vật được đo
Cáp quang có thể dài bao lâu?
Cấu hình INNO điển hình cung cấp khoảng 0-20 m sợi quang, tùy thuộc vào cấu trúc đầu dò và yêu cầu của dự án. Đối với nhiều loại thiết bị, 3-5 m là mức tham chiếu khởi đầu thực tế.
Độ dài cuối cùng phụ thuộc vào định tuyến nội bộ, truyền tiếp liệu, thoát thiết bị, định tuyến bên ngoài, vị trí thiết bị giám sát và phụ cấp lắp đặt. Đo tuyến đường thực thay vì khoảng cách đường thẳng và tránh đặt hàng nhiều sợi hơn mức tuyến đường cần.
Có thể theo dõi nhiều cảm biến nhiệt độ sợi quang cùng nhau không?
Có. Đầu dò một điểm thường tương ứng với một kênh đo đang hoạt động và thiết bị đa kênh có thể đọc một số điểm nhiệt độ độc lập. Các mẫu cấu hình phổ biến bao gồm:
- Trạm biến áp dạng hộp/thiết bị đóng cắt: 3 / 6 / 9 / 12 kênh
- Máy biến áp loại khô: 3/4/6/7 kênh
- Máy biến áp ngâm dầu: 6/8/9/12/16 kênh
- Hệ thống phòng thí nghiệm, điện tử công suất và thử nghiệm đặc biệt: khoảng 1-64 kênh, tùy thuộc vào yêu cầu của thiết bị và dự án
Đây là các mẫu cấu hình phổ biến, không phải là tiêu chuẩn bắt buộc của ngành.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang được sử dụng ở đâu?
| Ứng dụng | Điểm đo điển hình | Tại sao sử dụng cảm biến sợi quang |
|---|---|---|
| Máy biến áp ngâm dầu | Điểm nóng cuộn dây / đã chọn | Đo trực tiếp bên trong và cách ly điện |
| Máy biến áp loại khô | Cuộn dây/vị trí cuộn dây đã chọn | Đo điểm trực tiếp |
| Thiết bị đóng cắt | Thanh cái/khớp nối/đầu cuối cáp | Cách ly điện gần thiết bị mang điện |
| Động cơ và máy phát điện | Cuộn dây / stator | Trường điện từ mạnh |
| Thiết bị RF / Vi sóng | Vật liệu bên trong hoặc điểm xử lý được chọn | Đường cảm biến không dẫn điện |
| Kiểm tra điện áp cao | Đối tượng thử nghiệm | Đo từ xa, cách ly điện |
| Điện tử công suất | Mô-đun / vị trí thiết bị đã chọn | Môi trường chuyển mạch và EMI |
| Thiết bị thí nghiệm | Điểm kiểm tra được chọn | Đo điểm linh hoạt |
Đây là những ví dụ ứng dụng điển hình, không phải cấu hình cảm biến bắt buộc.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang được sử dụng trong máy biến áp như thế nào?
Trong máy biến áp ngâm trong dầu, đầu dò sợi quang có thể được nhúng tại các vị trí cuộn dây đã chọn trong quá trình sản xuất. Trong máy biến áp loại khô, đầu dò có thể được bố trí tại các vị trí kết cấu hoặc cuộn dây đã chọn, tùy thuộc vào thiết kế.
Đầu dò đo điểm đã chọn. Nó không tự động xác định điểm nóng nhất, vì vậy vị trí đầu dò phải tuân theo thiết kế máy biến áp và phân tích nhiệt. Các phương pháp đo cuộn dây được đề cập chi tiết hơn trong hướng dẫn sử dụng máy biến áp chuyên dụng.
Cảm biến nhiệt độ sợi quang được sử dụng như thế nào trong thiết bị RF và vi sóng?
Đầu dò sợi quang có thể đo nhiệt độ bên trong hoặc gần môi trường RF/vi sóng mà không cần dây đo điện dẫn điện tại điểm cảm biến. Điều này phù hợp với hệ thống sưởi vi sóng, hệ thống sưởi điện môi, hệ thống kiểm tra RF và kiểm tra vật liệu, trong đó dây dẫn cảm biến kim loại có thể làm nhiễu trường hoặc gây nhiễu.
Đầu dò nhiệt độ sợi quang được lắp đặt như thế nào?
Các phương pháp lắp phổ biến bao gồm dây buộc cáp, băng nhiệt độ cao, keo dẫn nhiệt, đầu nối cơ học hoặc kẹp. Phương pháp phù hợp phụ thuộc vào thiết bị và điểm cảm nhận.
Dù bằng phương pháp nào thì quá trình cài đặt cũng phải:
- Giữ đầu dò ổn định
- Duy trì tiếp điểm nhiệt đại diện
- Tránh làm nát đầu dò hoặc sợi quang
- Tránh căng thẳng không cần thiết
- Định tuyến sợi chính xác
Giám sát nhiệt độ sợi quang có thể kết nối với PLC hoặc SCADA không?
Có, thông qua thiết bị giám sát hoặc máy phát, nơi cung cấp các giao diện tương thích. Các tùy chọn tích hợp có thể có bao gồm RS485, Modbus RTU khi được hỗ trợ, 4-20 mA, rơle báo động, CAN và Ethernet / TCP/IP. Các giao diện có sẵn tùy thuộc vào kiểu máy và cấu hình của thiết bị.
Bản thân đầu dò thường không giao tiếp trực tiếp với hệ thống PLC hoặc SCADA.
Hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang hoàn chỉnh bao gồm những gì?
Tùy thuộc vào dự án, hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang có thể bao gồm:
- Đầu dò nhiệt độ sợi quang
- Cáp quang
- Cáp quang hoặc cáp kéo dài nếu cần
- Bộ truyền / giải điều chế nhiệt độ
- Thiết bị giám sát đa kênh khi cần thiết
- Bộ nguồn
- Giao diện truyền thông
- Đầu ra cảnh báo được hỗ trợ
- Tích hợp PLC / SCADA khi cần thiết
Không phải dự án nào cũng cần mọi hạng mục. Phạm vi chính xác phụ thuộc vào thiết bị, số lượng điểm và yêu cầu giám sát.
Cách chọn cảm biến nhiệt độ sợi quang
Xử lý các điểm sau theo thứ tự:
- Xác định điểm đo.
- Xác nhận phạm vi nhiệt độ.
- Xác nhận đường kính và cấu trúc đầu dò.
- Xác định chiều dài sợi.
- Xác định số lượng điểm phát hiện.
- Chọn số lượng kênh.
- Xác nhận môi trường điện và EMI.
- Chọn công cụ giám sát.
- Xác nhận giao diện truyền thông.
- Xác nhận phương pháp lắp.
Hướng dẫn lựa chọn cảm biến nhiệt độ sợi quang
| Mục lựa chọn | Điều cần xác nhận |
|---|---|
| Điểm đo | Vị trí thực tế chính xác cần đo |
| Phạm vi nhiệt độ | Nhiệt độ hoạt động tối thiểu và tối đa dự kiến |
| Cấu trúc đầu dò | Các yêu cầu về đường kính, hình dạng và cơ học |
| Chiều dài sợi | Khoảng cách định tuyến thực tế |
| Số điểm | Có bao nhiêu vị trí độc lập cần đo lường |
| Số lượng kênh | Thông thường, một kênh hoạt động trên mỗi đầu dò điểm |
| Môi trường điện | Điện áp cao, EMI, RF hoặc môi trường công nghiệp thông thường |
| Công cụ giám sát | Yêu cầu hiển thị, số kênh và xử lý tín hiệu |
| Giao tiếp | RS485 với giao thức được hỗ trợ, 4-20 mA, rơle, CAN, Ethernet / TCP/IP hoặc giao diện được hỗ trợ khác |
| Gắn | Dây buộc cáp, băng keo, chất kết dính, đầu nối, kẹp hoặc cấu trúc dành riêng cho ứng dụng |
Những hiểu lầm thường gặp về cảm biến nhiệt độ sợi quang
1. Toàn bộ sợi quang đo nhiệt độ.
Trong hệ thống cảm biến điểm này, vị trí phát hiện được xác định là ở đầu đầu dò. Sợi quang mang tín hiệu quang.
2. Một đầu dò đo toàn bộ thiết bị.
Đầu dò một điểm đo một vị trí vật lý đã chọn. Một số địa điểm cần một số đầu dò.
3. Cảm biến sợi quang luôn chính xác hơn Pt100 hoặc cặp nhiệt điện.
Độ chính xác phụ thuộc vào công nghệ và cấu hình cảm biến. Cách ly điện và khả năng chống nhiễu điện từ thường là những ưu điểm chính.
4. Đầu dò cáp quang kết nối trực tiếp với PLC.
Thông thường, đầu dò sẽ kết nối với thiết bị giám sát hoặc máy phát trước tiên. Thiết bị cung cấp giao diện PLC hoặc SCADA.
5. Sợi quang dài hơn luôn cải thiện hệ thống.
Chiều dài sợi phải tuân theo yêu cầu định tuyến thực tế. Chiều dài bổ sung sẽ bổ sung thêm công việc xử lý và lưu trữ mà không cải thiện phép đo.
6. Mọi cảm biến nhiệt độ sợi quang đều sử dụng cùng một công nghệ.
Các công nghệ cảm biến quang học khác sử dụng các vật liệu cảm biến hoặc kiến trúc sợi phân tán khác nhau; các yêu cầu về đầu dò và thiết bị của chúng không thể thay thế cho nhau.