高速光纖

變送器

溫度測量的"正確之選"

OMEGA 推出了工業(yè)級(jí)高速光纖變送器和探頭系統(tǒng)OS4000，該產(chǎn)品提供了許多重要的全新測量功能（參見圖1）。包括小到0.025"的光學(xué)視場或光斑直徑，不到一般產(chǎn)品的一半，響應(yīng)時(shí)間短1msec，比類似設(shè)備快一個(gè)數(shù)量級(jí)。該產(chǎn)品符合CE認(rèn)證并且在美國生產(chǎn)。在了解本產(chǎn)品之前，我們先了解一下這一產(chǎn)品類別，并且看一看一些典型應(yīng)用。

探頭器件

在工業(yè)應(yīng)用中，進(jìn)行非接觸式高溫測量的有效方法之一是使用光纖探頭。通常，這些器件包括要對(duì)準(zhǔn)待測物體的透鏡探頭組件、連接到電子設(shè)備組件的光纖互聯(lián)電纜以及進(jìn)行溫度測量并將測量值轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的變送器。我們來逐一研究這些部件。

探頭組件包括與其工作環(huán)境相稱的殼體、用以采集目標(biāo)所發(fā)出輻射的透鏡或光導(dǎo)棒，以及與光纖電纜連接的光纖接口。探頭通常放在被測物體幾英寸范圍內(nèi)。因此，探頭組件的結(jié)構(gòu)可以千差萬別。

對(duì)于在露天環(huán)境中進(jìn)行的測量，探頭可以是簡單的金屬圓筒；然而，在惡劣的環(huán)境中使用對(duì)這些器件也是司空見慣。這些器件可以置于高溫艙內(nèi)、在真空下、在腐蝕性氣氛里，甚可以浸入熔化的塑料。因此，探頭可以帶有螺紋殼體、由陶瓷等特殊材料制成，甚可以配有非玻璃透鏡、玻璃或石英光導(dǎo)棒（探頭）。

光纖互聯(lián)電纜充當(dāng)波導(dǎo)管，將輻射傳送到電子設(shè)備組件內(nèi)的檢測器組件。每一端光纖接口的是系統(tǒng)總體精度和重復(fù)性的關(guān)鍵。由于信號(hào)以光學(xué)方式傳輸，因此它不受工業(yè)環(huán)境中常見的大量電氣和磁場干擾的影響。

電子設(shè)備組件的工作是把光纖電纜傳輸?shù)妮椛滢D(zhuǎn)換成溫度讀數(shù)或與溫度成比例的信號(hào)。它可能包括很多加強(qiáng)功能，例如高溫和低溫報(bào)警、各種輸出選項(xiàng)，甚還可能包括計(jì)算機(jī)接口連接。

非接觸式溫度測量的應(yīng)用

盡管熱電偶是過程控制中常用的溫度測量設(shè)備，便它們有自身的局限。它們必須與被測物體接觸，它們的響應(yīng)時(shí)間長，它們?nèi)菀资艿诫姎夂痛艌龈蓴_。光纖變送器解決了這些問題，但它們往往于讀取100?C以上的溫度。這一限制是由光纖電纜造成的，因?yàn)楣饫w電纜不能傳輸一定波長以下的紅外能量。紅外能量的傳輸取決于光纖束的橫截面及它們的光學(xué)特性。下面是一些典型應(yīng)用。

退火過程

金屬在爐中可以直接監(jiān)測其臨界表面溫度，而不是通過測量周圍爐溫來間接監(jiān)測。

金屬的感應(yīng)加熱

所采用的強(qiáng)大的射頻電場可以加熱常規(guī)加熱設(shè)備同時(shí)干擾電子設(shè)備，而光纖不受射頻電場的影響。

特點(diǎn)

• 溫度范圍為100 ~ 1600?C(212 ~ 2912?F)
• 響應(yīng)時(shí)間極短，可達(dá)1 msec
• 三種標(biāo)準(zhǔn)光學(xué)視場
• 四種標(biāo)準(zhǔn)光纖電纜長度：0.3、0.9、1.8和3 m（1、3、6和10'）
• 發(fā)射率可調(diào)節(jié)范圍為0.05 ~ 0.99
• 四種標(biāo)準(zhǔn)模擬輸出
• 高溫與低溫報(bào)警輸出?？蛇x帶觸點(diǎn)閉合輸出的內(nèi)置繼電器
• RS232 PC接口基于Windows的數(shù)據(jù)記錄軟件
• 峰值保持和采樣保持功能
• 內(nèi)置式"透過鏡頭"激光瞄準(zhǔn)器
• 隨附安裝托架和安裝螺母
• 可選冷卻水套和真空襯套附件

圖2 - OS4000變送器的正視圖和后視圖

擠塑和注塑

控制熔化溫度是聚合物正確成型的基礎(chǔ)。讀取方式了浸入塑料流的熱電偶器件的常見誤差

鉆頭溫度監(jiān)測

對(duì)于高速印刷電路板鉆孔作業(yè)，可以通過以光學(xué)方式監(jiān)測鉆頭溫度來確定磨損。

半導(dǎo)體摻雜、沉積或?yàn)R射

由于這些流程通常在真空或受控氣氛中通過感應(yīng)加熱進(jìn)行，常規(guī)的溫度測量器件無法使用。

直接測量部件溫度對(duì)成功關(guān)重要的任何高溫場合。

關(guān)于OS4000

OS4000工業(yè)級(jí)高速光纖變送器是一款功能眾多的產(chǎn)品，多種選件和配置可供選擇。其溫度范圍是100 ~ 1600?C，采樣率介于極短的1 msec到3.2秒。該產(chǎn)品還提供峰值保持功能，并且保持時(shí)間可調(diào)。光學(xué)視場從0.22"到極小的0.025"。這是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品可提供的小光斑直徑，而定制產(chǎn)品可提供小0.010"的光斑直徑。與高采樣率結(jié)合起來，較小光斑直徑能夠捕獲其它方式檢測不到的溫度瞬變，或者密切監(jiān)測電線股或小直徑鉆頭等極小物體的溫度。光纖電纜的股數(shù)較多，可承受一定的機(jī)械損傷，而不會(huì)影響產(chǎn)品性能。

由于測量條件千差萬別，因此提供了多種探頭選件；由透鏡確定視場的光纖透鏡探頭、適用普通應(yīng)用的光纖探頭，以及可以浸入聚合物塑料流的聚合體螺栓探頭，這種探頭帶螺紋，因而可以插入管中或安裝到艙室壁上。除了常見的金屬殼體外，還提供了適用于高溫條件下的陶瓷殼體，并且可以選擇玻璃或石英組件。內(nèi)置式激光瞄準(zhǔn)器有助于將視場對(duì)切的測量位置。變送器包括電子設(shè)備組件，可將信號(hào)轉(zhuǎn)換成有用格式。變送器的一端有一個(gè)光纖探頭接口，另一端有一個(gè)電源和輸出信號(hào)接口（參見圖2）。OS4000提供了一些模擬輸出，可連接顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)記錄器或過程控制系統(tǒng)。提供有適合每種常見工業(yè)系統(tǒng)的配置：
1mV/deg、0 ~ 5 Vdc、0 ~ 10 Vdc以及4 ~ 20 mA，因此接口連接不是問題。此外，還提供了高溫和低溫報(bào)警繼電器觸點(diǎn)閉合輸出，以用于發(fā)送信號(hào)或者控制系統(tǒng)。發(fā)射率可在0.05 ~ 0.99范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。雖然該產(chǎn)品是獨(dú)立設(shè)備，它依然包括了一個(gè)RS232 PC接口，增加了數(shù)據(jù)記錄功能及一些其它有用功能。還可以選擇使用無線收發(fā)器（如Omega的WRS232-USB），以便OS4000與可能較遠(yuǎn)距離以外的PC之間的電纜，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。

高速光纖變送器

進(jìn)行溫度測量

OS4000軟件包

請(qǐng)向軟件設(shè)計(jì)師致敬，因?yàn)槟灰匆谎劭梢灾廊绾问褂昧?。軟件的布局一目了然，兩個(gè)屏幕（參見圖3和圖4）需要您注意。

主屏幕以模擬和數(shù)字格式顯示溫度讀數(shù)，并對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的讀數(shù)繪制圖表。OS4000背板的圖形顯示了LED指示燈的狀態(tài)，并可用來打開和關(guān)閉激光對(duì)準(zhǔn)功能。設(shè)置屏幕用來設(shè)置高溫和低溫報(bào)警、溫度單位以及采樣率。制表功能的時(shí)基和比例尺也在此處管理。另外，為了進(jìn)行分析和存檔，可以將數(shù)據(jù)點(diǎn)保存到數(shù)據(jù)文件中，繼而可以導(dǎo)入電子表格。

結(jié)論

OS4000是的測量工具。有多種模擬輸出可供選擇、溫度范圍寬泛、多種探頭組件型號(hào)、出色的軟件界面以及定制功能，這些使該產(chǎn)品成為溫度測量應(yīng)用的之選。如果需要0.025"的光斑直徑并且要求采樣率在1 msec范圍內(nèi)，那非常簡單了；在這些情況下選擇OS4000將是"*正確的"。