Cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M-INNO

Ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi Fiber M để theo dõi nhiệt độ trong môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt

1、 Các mẫu cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M phổ biến

Cảm biến nhiệt độ sợi M có thể có nhiều kiểu để phù hợp với các tình huống ứng dụng khác nhau. Trên thị trường hiện nay, một số mẫu cảm biến nhiệt độ sợi quang có thông số hiệu suất riêng và phạm vi áp dụng. Ví dụ, mô hình AF28- OPTIC3000X2 (số cổ phiếu: M241812)1， Nó sử dụng sợi quang đa mode để cách ly điện áp cao, và vỏ của nó được làm bằng vật liệu thép không gỉ, có thể đáp ứng các yêu cầu lắp đặt của môi trường công nghiệp. Giao diện của mẫu cảm biến này là giao diện cáp quang ST, dễ cài đặt và có hiệu suất chống nhiễu cao. Tổng thể, nó rất thích hợp để hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Phạm vi đo nhiệt độ của nó là -55 oC -+125 oC, với sai số đo nhiệt độ nhỏ hơn hoặc bằng 0.5 oC trong phạm vi đầy đủ. Độ phân giải đo nhiệt độ là ± 0.1 oC, chu kỳ đo nhiệt độ là 45 giây, phạm vi nhiệt độ đầu dò là -100 oC -+260 oC, chiều dài sợi nhỏ hơn hoặc bằng 50m (sợi đa mode), phương thức giao diện là giao diện ST, tuổi thọ pin là 4.5 năm, nhiệt độ hoạt động là -40 oC -+80 oC, và kích thước đầu dò là 8 (đường kính) mm × 200 (chiều dài) mm. Ngoài ra, có AF28-optic3000 (số thư viện: M178113) người mẫu cảm biến nhiệt độ sợi quang 2, có độ chính xác về nhiệt độ là ± 0.5 oC, giao diện cáp quang SC, phạm vi đo nhiệt độ của -40 oC -+125 oC hoặc -40-+200 oC (người dùng có thể lựa chọn), độ phân giải nhiệt độ của 12 bit (0.0625 oC), và tốc độ đo nhiệt độ 10 giây hoặc 45 giây (người dùng có thể lựa chọn). Các model khác nhau này có thể theo dõi nhiệt độ cho các điều kiện hoạt động khác nhau theo các thông số tương ứng.

2、 Đặc điểm và yêu cầu giám sát nhiệt độ ở nhiệt độ cao, môi trường khắc nghiệt

（1） Đặc điểm giám sát nhiệt độ ở nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt
Sự phức tạp về môi trường
Trong môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt, thường có nhiều yếu tố phức tạp liên quan. Ví dụ, xung quanh một số lò công nghiệp, Ngoài nhiệt độ cao, cũng có thể có các chất gây ô nhiễm như bụi và khí ăn mòn. Gần lò luyện thép, một lượng lớn hạt bụi được thải ra môi trường xung quanh cùng với không khí nóng, có thể hấp thụ vào cảm biến nhiệt độ và cản trở hoạt động bình thường của nó. Trong khi đó, các phản ứng hóa học trong quá trình luyện kim, các khí ăn mòn như sulfur dioxide được tạo ra, gây nguy cơ ăn mòn cho cảm biến nhiệt độ.
Sự rò rỉ và bay hơi của nguyên liệu hóa chất thô thường xảy ra trong môi trường sản xuất hóa chất ở nhiệt độ cao. Ví dụ, sau khi rò rỉ nguyên liệu hóa học có tính axit hoặc kiềm, độ axit và độ kiềm của môi trường xung quanh sẽ thay đổi, có mức độ tác động khác nhau lên vật liệu vỏ và các bộ phận bên trong của cảm biến nhiệt độ, và có thể dẫn đến các vấn đề như ăn mòn vỏ cảm biến và đoản mạch bên trong.
Biên độ biến đổi nhiệt độ lớn
Biên độ dao động nhiệt độ trong môi trường nhiệt độ cao có thể rất lớn. Lấy môi trường thử nghiệm động cơ trong lĩnh vực hàng không vũ trụ làm ví dụ, nhiệt độ tăng nhanh từ nhiệt độ phòng lên hàng nghìn độ C trong quá trình khởi động và vận hành động cơ. Tại buồng đốt của động cơ, nhiệt độ có thể đạt tới khoảng 2000-3000 oC, khi ở bên ngoài thân động cơ, nhiệt độ có thể gần bằng nhiệt độ phòng. Sự chênh lệch nhiệt độ lớn như vậy đặt ra yêu cầu cao về khả năng thích ứng của thiết bị giám sát nhiệt độ.
Ở một số lò nung nhiệt độ cao, nhiệt độ bên trong lò nung cần được kiểm soát chính xác từ vài trăm độ đến hơn một nghìn độ trong quá trình nung gốm. Từ giai đoạn làm nóng lò trước đến các giai đoạn nung khác nhau, sự gia tăng và ổn định nhiệt độ cần phải được theo dõi chặt chẽ, với nhiệt độ thay đổi từ hàng chục độ C đến hàng nghìn độ C, và phép đo có độ chính xác cao cần được duy trì dưới những thay đổi lớn như vậy.
Có yếu tố cản trở
Môi trường nhiệt độ cao thường đi kèm với nhiễu điện từ trường mạnh. Tại xưởng hàn sản xuất thiết bị điện, thiết bị hàn tạo ra trường điện từ mạnh trong quá trình hoạt động. Ví dụ, trong quá trình hàn hồ quang, cường độ hiện tại cao, và trường điện từ được tạo ra có thể gây nhiễu đường truyền của cảm biến nhiệt độ điện tử thông thường, ảnh hưởng đến độ chính xác của việc truyền dữ liệu của họ. Đối với cảm biến nhiệt độ sợi quang, mặc dù chúng có khả năng chống nhiễu điện từ nhất định, họ cũng cần phải đối phó với sự can thiệp có thể xảy ra từ các nguồn điện từ khác trong môi trường trường điện từ mạnh này.
Trong một số môi trường có nhiệt độ cao đặc biệt như gần lò phản ứng hạt nhân, ngoài nhiệt độ cao và bức xạ hạt nhân, cũng sẽ có từ trường mạnh. Từ trường mạnh này có thể làm thay đổi trạng thái làm việc của các bộ phận nhạy cảm với từ trường trong một số cảm biến.. Nếu thiết kế cảm biến nhiệt độ không xem xét đầy đủ yếu tố này, sai số đo lường có thể dễ dàng xảy ra.

（2） Yêu cầu theo dõi nhiệt độ ở nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt
Chịu nhiệt độ cao
Cảm biến phải có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt trong môi trường nhiệt độ cao. Nếu bản thân cảm biến không chịu được nhiệt độ cao, nó dễ bị hư hỏng trong môi trường nhiệt độ cao. Ví dụ, trong nhà máy nấu chảy thủy tinh, nhiệt độ bên trong lò có thể lên tới khoảng 1600 oC, và cảm biến cần phải tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với môi trường nhiệt độ cao như vậy. Vật liệu của chúng phải có khả năng duy trì các tính chất vật lý và hóa học ổn định ở nhiệt độ này. Điều này đòi hỏi vật liệu cấu trúc của cảm biến, chẳng hạn như vỏ và các bộ phận cảm biến bên trong, được làm bằng vật liệu đặc biệt ở nhiệt độ cao. Ví dụ, sử dụng các vật liệu chịu nhiệt độ cao như gốm sứ và hợp kim nhiệt độ cao làm vỏ bảo vệ bên ngoài cho cảm biến hoặc làm vật mang cho các bộ phận cảm biến phím bên trong.
độ tin cậy cao
Do khó bảo trì thiết bị ở nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt, Cảm biến nhiệt độ cần phải có độ tin cậy cao. Điều này có nghĩa là xác suất hỏng cảm biến trong quá trình hoạt động lâu dài là rất thấp, và nó có thể đo nhiệt độ liên tục và ổn định. Ví dụ, trong nghiên cứu khoa học gần các miệng phun thủy nhiệt dưới biển sâu, cảm biến có thể cần phải làm việc liên tục trong nhiều tháng hoặc thậm chí nhiều năm ở nhiệt độ cao, áp suất cao, và môi trường dưới nước có tính ăn mòn cao. Nhiệt độ của chất lỏng thủy nhiệt dưới nước có thể vượt quá 300 oC. Nếu cảm biến thường xuyên gặp trục trặc, nó không chỉ dẫn đến việc mất dữ liệu nghiên cứu, nhưng cũng có thể gây thiệt hại lớn về kinh tế và rủi ro về an toàn ở một số cơ sở nghiên cứu khoa học đặc biệt. Vì vậy quá trình thiết kế và chế tạo cảm biến cần phải cực kỳ chính xác, và cấu trúc mạch bên trong hoặc đường dẫn quang phải trải qua quá trình kiểm tra độ ổn định nghiêm ngặt.
độ chính xác cao
Trong môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt, nhiều quy trình sản xuất công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cực cao trong kiểm soát nhiệt độ. Lấy quy trình quang khắc trong sản xuất chip bán dẫn làm ví dụ, ngay cả những thay đổi nhiệt độ nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng hóa học của chất quang dẫn và độ chính xác của mẫu chip. Quá trình này yêu cầu kiểm soát lỗi nhiệt độ trong phạm vi ± 1 oC trong môi trường vài trăm độ C. Vì vậy cảm biến nhiệt độ cần có khả năng cung cấp các phép đo có độ chính xác cao để đảm bảo chất lượng sản phẩm trong sản xuất hoặc thử nghiệm.. Điều này đòi hỏi nguyên lý đo và thuật toán hiệu chuẩn của cảm biến phải rất chính xác. Ví dụ, Cảm biến nhiệt độ sợi quang sử dụng nguyên lý quang học để cải thiện độ chính xác của phép đo nhiệt độ thông qua việc phát hiện bước sóng chính xác hoặc đo cường độ ánh sáng.
Khả năng chống nhiễu tốt
Như đã đề cập trước đó, có nhiều yếu tố gây nhiễu khác nhau trong môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt. Cảm biến cần có khả năng chống nhiễu tốt để giải quyết những vấn đề này. Ví dụ, trong môi trường xử lý nhiệt độ cao của thiết bị gia nhiệt RF, Tín hiệu RF có thể gây nhiễu các thiết bị điện tử xung quanh. Các cảm biến có thể thu được thông tin nhiệt độ một cách chính xác dưới sự can thiệp tần số vô tuyến mạnh. Đối với cảm biến nhiệt độ sợi quang, chúng có lợi thế tự nhiên trong việc chống lại nhiễu điện từ, nhưng thiết kế của chúng cũng phải tránh được ảnh hưởng của các nguồn gây nhiễu khác, chẳng hạn như sử dụng lớp bảo vệ sợi quang đặc biệt để chống rò rỉ ánh sáng và trộn lẫn ánh sáng giao thoa bên ngoài, đồng thời tối ưu hóa mạch xử lý tín hiệu bên trong để nâng cao khả năng lọc tín hiệu nhiễu.

3、 Trường hợp ứng dụng cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M ở nhiệt độ cao và môi trường khắc nghiệt

Công nghiệp hóa dầu
Trong các đơn vị lọc hóa dầu, có rất nhiều bình phản ứng nhiệt độ cao và đường ống. Ví dụ, trong quá trình chưng cất dầu thô, nhiệt độ bên trong của tháp chưng cất có thể đạt tới 300-400 oC. Cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M có thể được lắp đặt bên trong lò phản ứng hoặc bên ngoài đường ống để theo dõi nhiệt độ theo thời gian thực. Do khả năng chống ăn mòn của nó, chịu nhiệt độ cao, và khả năng chống nhiễu điện từ, nó có thể hoạt động ổn định trong thời gian dài trong môi trường chứa đầy dầu khí, nhiệt độ cao, và rủi ro ăn mòn. Bằng cách theo dõi chính xác nhiệt độ, quá trình chưng cất dầu thô có thể được kiểm soát tốt hơn, nâng cao chất lượng và sản lượng sản phẩm dầu mỏ. Nếu sử dụng cảm biến nhiệt độ điện tử truyền thống, môi trường dầu khí có thể gây nguy cơ cháy nổ, và linh kiện điện tử dễ bị ăn mòn, hư hỏng. Ngược lại, cảm biến nhiệt độ sợi quang có độ an toàn và độ tin cậy cao hơn.
lĩnh vực hàng không vũ trụ
Trong thử nghiệm và giám sát hoạt động của động cơ máy bay, nhiệt độ xung quanh các cánh tuabin bên trong động cơ cực kỳ cao. Ví dụ, ở đầu ra của buồng đốt của động cơ phản lực hiệu suất cao, nhiệt độ khí có thể vượt quá 2000 oC. Cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M có thể đo nhiệt độ gần các cánh quạt ở nhiệt độ cao như vậy, cung cấp dữ liệu nhiệt độ chính xác để đánh giá và tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Do sự phức tạp của môi trường hoạt động của thiết bị hàng không vũ trụ, bao gồm luồng không khí tốc độ cao, bức xạ điện từ mạnh, vân vân., kích thước nhỏ, khả năng chống nhiễu cao, và khả năng chịu nhiệt độ cao của cảm biến sợi quang khiến chúng trở thành thiết bị giám sát nhiệt độ lý tưởng. Trong quá trình sản xuất kết cấu vật liệu composite cho máy bay, quá trình sấy và đóng rắn cần được thực hiện trong môi trường nhiệt độ cao. Cảm biến nhiệt độ sợi quang có thể theo dõi nhiệt độ chính xác để đảm bảo chất lượng của vật liệu composite.
ngành luyện kim
Trong quá trình nấu chảy ở lò luyện thép, nhiệt độ mà kim loại bên trong lò nóng chảy có thể đạt tới 1500-1600 oC. Cảm biến nhiệt độ sợi quang Fiber M có thể thích ứng với môi trường nhiệt độ cao như vậy và theo dõi nhiệt độ bên trong lò theo thời gian thực. Do có nhiều bụi, rung động, và nhiễu điện từ trong xưởng luyện kim, phương pháp đo không tiếp xúc, khả năng chống nhiễu, và khả năng chịu nhiệt độ cao của cảm biến sợi quang cho phép chúng hoạt động ổn định. Giám sát nhiệt độ chính xác giúp kiểm soát các phản ứng hóa học trong quá trình luyện thép và nâng cao chất lượng thép. Trong quá trình cán kim loại, nhiệt độ bề mặt của máy cán nhiệt độ cao cũng cần được kiểm soát chính xác. Cảm biến nhiệt độ sợi quang có thể được lắp đặt gần máy cán để cung cấp dữ liệu nhiệt độ nhằm tối ưu hóa quá trình cán.