Jak dobrać odpowiedni czujnik temperatury podczerwieni? 6 najważniejszych wskazówek
W naszym rozumieniu pomiar temperatury odbywa się w najprostszy możliwy sposób. Bierzemy do ręki czujnik temperatury, celujemy na element i otrzymujemy wskazany pomiar. W rzeczywistości realizacja pomiaru jest dużo bardziej złożona i zależna od pewnych wielkości fizycznych.
W poniższym artykule krótko rozpracujemy dobór właściwego czujnika temperatury do pewnego procesu produkcyjnego. Sensory te wykorzystywane są między innymi do kontrolowania temperatury produktu wykonanego z metali, szkła, tworzyw sztucznych lub utrzymywania właściwej temperatury procesu takiego jak spawanie, lutowanie, formowanie czy spiekanie.
Przykładem wykorzystania czujnika temperatury podczerwieni typu IR są łopaty turbin wiatrowych. Są one wykonane z włókna szklanego, wzmocnionego żywicą epoksydową, i drewna z drzewa balsa.
Ze względu na gabaryty elementu i kwestie bezpieczeństwa, muszą być wytwarzane przy zachowaniu odpowiednich norm, aby łopata wirnika otrzymała odpowiedni atest zatwierdzający prawidłowe wykonanie.
Do produkcji łopat turbin wiatrowych służą ogromne formy, dzięki którym elementy są odlewane w dwóch częściach i zgrzewane ze sobą w olbrzymich piecach. Proces ten pozwala zaoszczędzić 20% masy śmigła przy zachowaniu odpowiednich parametrów wytrzymałościowych.
Skrzydła potrafią obracać się na wirniku turbin wiatrowych z prędkością osiągającą 288 km/h. Proces zespalania łopat w jedną całość monitorowany jest od momentu rozgrzewania pieca do całkowitego wygrzania elementu w granicach odpowiedniej temperatury. W naszym przypadku posłużyły do tego czujniki temperatury CT-SF15-c3 firmy Micro-Epsilon, które dzięki swoim właściwościom doskonale sprawdziły się w tej aplikacji.
Aby dobrać właściwy czujnik temperatury należy przeanalizować kilka najważniejszych czynników:
1. Materiał
Promieniowanie podczerwone jest częściowo odbijane i częściowo absorbowane przez większość obiektów, które nie są przezroczyste. Z pochłoniętej energii część jest wewnętrznie odbijana i emitowana ponownie. Dotyczy to również przezroczystych przedmiotów, takich jak szkło, gazy i cienka przezroczysta folia z tworzywa sztucznego.
Procesy te przyczyniają się do tego, co nazywamy współczynnikiem emisji lub emisyjnością obiektu, lub materiału. Wykaz wskaźnika emisyjności dla różnych produktów można znaleźć w tym opracowaniu. Zobacz również artykuł o bezkontaktowym pomiarze podczerwieni.
2. Określenie zakresu temperaturowego
Kolejnym krokiem jest określenie zakresu temperaturowego, który będzie wymagany w naszym procesie. Pozostając przy przykładzie wygrzewania skrzydła turbiny, załóżmy pomiar w granicach 150 a 250ºC, tym sposobem określimy zakres temperaturowy pracy czujnika.
3. Środowisko pracy czujnika
Równie istotnym czynnikiem, który wpływa na dobór czujnika, jest temperatura otoczenia urządzenia. Przykładowo optyka potrafi wytrzymać w temperaturze od -20 °C do 250 °C natomiast kontroler w warunkach nieprzekraczających temperatury od 0 °C do 85 °C. Problem ten możemy rozwiązać poprzez sprecyzowanie potrzebnej odległości pomiędzy rozmieszczeniem czujników w strefie wykonywanego pomiaru, w większości o wyższej temperaturze, a umieszczeniu kontrolera w strefie odpowiadającym warunkom temperaturowym do prawidłowej pracy urządzenia.
Oprócz warunków temperatury otoczenia zwróćmy uwagę na potencjalne miejsca pomiaru, ponieważ mogą one być nieodpowiednie ze względu na prawdopodobieństwo odbicia się fal zakłócających prawidłowy tryb działania czujnika.
4. Prawidłowe umieszczenie czujnika
W czujnikach z oferty Micro-Epsilon otrzymujemy szereg udogodnień technicznych spełniających wymagania użytkownika. Sensory te odczytują pomiar z uśrednionego pomiaru powierzchni, na której znajduję się plamka pomiarowa czujnika.
Głównym warunkiem do prawidłowego pomiaru jest to, aby pole plamki pomiarowej w całości znajdowało się na powierzchni badanego elementu. Dlatego w ofercie posiadamy wiele typów soczewek skupiających, które umożliwiają pomiar w niewielkiej odległości oraz z soczewką skupiającą na większą odległość. Zaletą tych soczewek jest liniowy przyrost plamki w zależności od odległości czujnika do badanego obiektu. Pozwala to na dobranie odpowiedniego typu czujnika we wczesnej fazie projektowania układu.
5. Czas odpowiedzi czujnika
Kolejnym parametrem, istotnym w wyborze prawidłowego czujnika jest jego czas odpowiedzi. W naszej ofercie posiadamy czujniki, które są zdolne do uzyskania informacji w 3 ms za pośrednictwem sygnału cyfrowego.
W przypadku piecy wygrzewających, stanowiących element o ogromnych wymiarach, potrzebujemy odpowiednich czujników temperatury o szybkim czasie reakcji w czasie rzeczywistym. Wówczas cały proces wygrzewania jest odpowiednio nadzorowany i kontrolowany przez automatyków, którzy potrzebują precyzyjnej i błyskawicznej informacji zwrotnej dotyczącej temperatury wygrzewania.
Przetwarzanie otrzymywanych czynników zewnętrznych na sygnał elektryczny
Ważnym czynnikiem jest sposób, w jaki chcemy otrzymywać sygnał wyprowadzony bezpośrednio z czujnika temperatury. W większości aplikacji oraz prostych układach wystarczy nam liniowy sygnał analogowy w postaci wyjścia napięciowego, a także analogowego w różnych wersjach.
W naszych czujnikach firmy Micro-Epsilon posiadamy standardowe wyjście analogowe 0/4-20 mA lub 0/5-10, termopary J, K, interfejs cyfrowy USB, RS232, RS485, CAN, Profibus DP, Ethernet (dostępnych w opcji). Czujnik posiada również szereg alarmów, progów 3-poziomowych czy wyjść przekaźnikowych. Wszystkie te opcje sprawiają, że czujniki te mogą być idealnie dopasowane do indywidualnych wymagań.
Jeśli zainteresował Cię artykuł lub masz trudności z doborem odpowiedniego czujnika, zapraszamy do kontaktu z naszymi specjalistami. Wypełnij formularz i uzyskaj pomoc.
źródło: WObit
Słowa kluczowe
czujniki temperatury, Micro epsilon, pomiar temperatury, wobit