Jste zde

Optovláknové teplotní senzory různých výrobců

Antonín Vojáček, 29. Březen 2006 - 21:40

Předchozí článek uvedl principy a struktury nejčastěji používaných u optovláknových senzorů teploty. V tomto článku pak doplňuji i reálné výrobky 3 firem, z nichž 2 mají zastoupení i v ČR! Pokud tedy řešíte problémy s měřením teploty, následující článek Vás odkáže na možnosti je vyřešit.

Před několik dny jsem na stránkách serveru automatizace.HW.cz uveřejnil teoretický článek o používaných principech v oblasti měření teploty optickými vlákny "Optovláknové snímače teploty pro náročná měření". Ty se sice nevyužívají tak často jako jiné typy a metody, ale z praktického hlediska mohou nastat situace, kdy jsou jediným možným řešením. Všude tam, kde hrozí nebezpečí vznícení nebo výbuchu vlivem jiskry elektrického proudu nebo zahříváním kabelů a čidla při jeho průchodu, nebo v oblasti velmi silných elektromagnetických polí, kde by z důvodu rušení signál nešel vyhodnotit, je optický princip bezpečný a spolehlivý. Proto existuje a na internetu lze najít několik firem zabývající se někdy i jen speciálně právě měření teploty a případně i tlaku pomocí optických kabelů. Některé dále uvedené firmy mají i zastoupení v ČR a tak nic nebrání je nasadit ve Vašich aplikacích.

Blokové schéma měřícího systému využívající optovláknové senzory teploty

Použití

Aplikace v prostředí vysokého a velmi vysokého napětí
Mikrovlnné aplikace v technologii zpracování potravin a obalové technice
Mikrovlnná chemie
RF ohřevy
Aplikace v jaderném a vysoce vyzařujícím prostředí ( přes 107 rad )
Monitorování teploty v silných elektrických a/nebo magnetických polích
Výbušné nebo zápalné prostředí
Chemicko-petrolejářský průmysl

Optovláknové senzory firmy FISO

Zde uvedená firma FISO je jedna z těch, která se právě dost výrazně specializuje na měření fyzikálních veličin právě prostřednictvím světla a optických kabelů. V jejím sortimentu lze tak nelézt nejen senzory pro měření teploty, ale i tlaku, vzdálenosti apod. O tom však někdy příště.

Pro měření teploty lze v nabídce prakticky najít dva rozdílné snímače:

FOT-M Temperature Sensor
FOT-L / FOT-H Temperature Sensors

U obou jde o využití principu Fabry-Perotova rezonátoru, který byl podrobněji popsán právě v článku "Optovláknové snímače teploty pro náročná měření". Mezi je hlavní klady patří malá velikost, imunita proti mikrovlnnému a elektromagnetickému záření a díky kvalitnímu opláštění i odolnost proti vibracím a vlhkost.

Hlavní parametry senzoru FOT-M:

Měřitelný teplotní rozsah: 20°C až 85°C (68°F až 185°F)
Rozlišení: 0.1°C
Přesnost: ± 0.3°C
Odezva senzoru: méně něž 750 ms
Konektor: typ ST konektor

Hlavní parametry senzoru FOT-L&H:

Měřitelný teplotní rozsah - FOT-L: -40°C až 250°C (-40°F až 482°F)
Měřitelný teplotní rozsah - FOT-L: -40°C až 300°C (-40°F až 572°F)
Rozlišení: 0.1°C
Přesnost: ± 1 °C
Odezva senzoru: méně něž 1.5 ms
Konektor: typ ST konektor

Rozměry a provedení sondy FOT-L

Optovláknové senzory firmy NEOPTIX - v ČR firma Safibra

V nabídce kanadské firmy NEOPTIX Inc., kterou v České republice zastupuje firma Safibra, jsou mimo samotného snímače v podobě optického vlákna i několik různých přístrojů pro zobrazení, zpracování a převod optického signálu na analogový elektrický napěťový či proudový nebo digitální výstup.

T1™ Fiber Optic Temperature Sensor - optovlákový senzor

Senzor NEOPTIX T1 je speciálně navržen tak, aby vyhovoval laboratorním i průmyslovým aplikacím. Tomu odpovídá i teflonový plášť pro zajištění co nejvyšší mechanické odolnosti. Teplota se snímá dotykově přiložením černého konce optického vlákna o průměru cca 1 mm na měřený předmět. Teplota se však měří jen v oblasti o průměru 0.4 mm. Délka senzoru, resp. optického kabelu je možné objednat u výrobce, přičemž standardně je dodáváno vlákno délky 2 m. Uvedený optovláknový snímač je vhodný pro přímé napojení na některý z vyhodnocovacích jednotek NEOPTIX.

Princip funkce uvedeného senzoru je založen na GaAs polovodičovém snímači umístěném na konci vlákna - viz článek "Optovláknové snímače teploty pro náročná měření".

Hlavní vlastnosti:

Teplotní měřící rozsah: -80 až 250 °C (- 112 až 480 °F)
Přesnost: ±1 °C nebo 1% z plného rozsahu
Rozlišení: 0.1 °C
Odezva snímače: 500 ms
Maximální délka sondy: 500 m
Standardní délka sondy: 2 m
Typ konektoru: ST
Krytí sondy: Teflon
Rozměry sondy: průměr 1.15 mm
Citlivá oblast: dotykové měření s citlivou oblastí 400 mikrometrů

Vyhodnocovací a zobrazovací elektronika a převodníky

Mezi nejvíce praktické jednotky patří přístroje HandyFlex a Reflex - viz následující obrázek. Zatímco HandyFex je kapesní přístroj schopný pracovat jen při napájení z baterie, Reflex je stolní přístroj umožňující daleko více vlastností a výstupů. To co mají oba společné je schopnost převádět a digitálně zpracovávat příchozí optický signál do podoby zobrazené teploty na displeji nebo do podoby dat vysílané přes RS-232 do PC. Ty pak na PC již zpracuje firemní program Neoptic Assistant. Zatímco HandyFlex nabízí pouze jeden vstup, Reflex nabízí až 4 optovláknové vstupy a analogové výstupy (0-10 V, 1-5V, 0-20 mA, 4-20 mA).

Přístroje NEOPTIX pro vyhodnocení teploty optovláknových senzorů - HandyFlex (vlevo) a Reflex (vpravo)

Mimo tyto dva uvedené přístroje, NEOPTIX nabízí i průmyslové provedení přístrojů vhodné do rozvaděčů a provozů s velkou prašností a rušením. Více informací lze nalézt na stránkách výrobce www.neoptix.com/index.html.

Elektronika pro průmyslové aplikace

Optovláknové senzory firmy Photon Control Inc. - v ČR firma Safibra

Fluotemp, nebo technickým označením ATS350 kanadské firmy Photon Control, je optovláknový systém pro měření teploty pro aplikace, kde konvenční způsoby měření teploty nejsou funkční. Založen je na vyhodnocení fluorescenčního jevu u fosforu, jehož vlastnosti jsou závislé na teplotě - viz článek "Optovláknové snímače teploty pro náročná měření". Tyto vlastnosti jsou dostatečně známé a ověřené a dávají uživateli velmi přesné a reprodukovatelné výsledky měření.

ATS350 je systém jednokanálový a existuje celá řada různých druhů sond počínaje optickým plastovým vláknem ( POF ) až po speciální provedení se zirkoniovou sondou pro teploty do 650 °C. Výhodou systému ATS350 jsou velmi malé rozměry a možnost montáže přímo na DIN lišty.

Hlavní parametry:

Měřící rozsah teploty: -50 °C až 350 °C ( příp. až 650 °C)
Vzorkovací frekvence: 20Hz
Přesnost: ± 0.5 °C (-50 až 200 °C), ± 1 °C (200 až 350 °C)
Rozlišení: 0.1 °C
Stabilita: ± 0.3 °C/3 dny
Optický kabel - senzor: rozhraní simplex F-SMA 1mm POF
Max. délka kabelu: 40 m
Rozměry modulu elektroniky: 115x99x22.5 mm
Elektronika-modul:
- Napájení: 14-24 V
- Spotřeba: <90 mA
- Pracovní teplota elektroniky: -40 °C až +60 °C
- Elektrický vstup z modulu:
  - Analogová proudová smyčka 4-20mA
  - Digitální sériová sběrnice RS-232
  - D/A převodník s rozlišením 12bitů

Závěr

V tomto článku jsem se pokusil ukázat některé reálné výrobky, které lze okamžitě nasadit do konkrétní aplikace. Pro bližší informace odkazuji na jednotlivé stránky výrobců a v případě zájmu o ceny výrobků firem NEOPTIX a Photon Control odkazuji na českého distributora - firmu Safibra s.r.o. (odkaz níže).

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz