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非接触温度传感技术开始大显身手

Stephen Scheiber, Control Engineering 编辑顾问2003.10.10阅读 3614

    --TECHNOLOGY FEATURES 技术专题
  为什么非接触传感器是许多工业应用中测量温度较好的解决方案。
  近几年来,对温度的精确测量在工业应用中已经变得日益重要。温度超乎寻常的变化往往预示生产过程出现问题(如出现次品),或者某种已经存在的或即将出现的设备故障。同时,使用热电偶与其他接触式测量技术通常是不切实际的。由于目标的收缩,由接触方法导致的误差增大。因为传感器损耗被检测物体的热量,因此影响了(或改变)正在测量的系统(正像海森堡的测不准原理所说)。
  再说,接触式测量技术中的传感器仅接触目标物体的特定位置,而非接触式测量技术可以扫描整个表面以便决定哪个区域需要进一步仔细检查,然后更加细致地检测这个区域。既然在大多数场合下,温度过高的位置和其他潜在的缺陷因产品的不同而不同,即使最好的热电偶测温法有可能无法正确地检测这些温度过高的位置www.cechina.cn,何况很多应用场合中,传感器和被检测目标无法接触在一起。
  Frost and Sullivan的工业研究分析员Daniela Carillo特别提到虽然接触式传感器仍然具有价格优势,然而非接触式传感器更为耐用。因为
它们不会因接触而磨损。
  由于非接触式温度传感方法具有以上这些优势,自从Control Engineering前一次(2001年6月)刊登文章,讨论非接触式温度传感技术可以替代接触式温度传感技术之后,转向使用这些非接触测量工具的用户已经大大增加。

  追求更好的
  不仅对非接触式温度传感器的需求不断增长,而且非接触式温度测量的方法本身也已经有很大提高。传感器的尺寸减小,而用于分析的硬件和软件的性能也明显提高,相同性能传感器的价格不断降低。因此控制工程网版权所有,越来越多的制造商选择非侵入式测量技术。所有证据显示这种趋势将继续。
所有在绝对零度即0K…如图1

  所有在绝对零度即0K以上的物体都辐射红外线(可见红光以下的不可见光,波长在0.7~1000微米之间),红外线辐射的能量直接对应于物体的温度。准确的测量温度而不接触物体要求检测这种辐射能量以及补偿任何由于周围反射而散逸的能量。反射能量的多少依赖于物体的辐射能力,即物体反射程度的度量。
  下面的红外测温图以及Omega Engineering公司提供的信息说明了基本的仪器设计。它包括一组用于收集目标物体辐射能量的透镜,一个检测器将这种能量转化为电信号,一个辐射调节器、一个周围温度补偿器以减少测量误差。
  选择性的滤除进入的IR(红外)信号可以大大改进设计。更敏感的检测器和更稳定的信号放大器可以消除外部环境的干扰。比如,仅仅使用8~14微米范围的红外线,可以避免长距离测量路径中潮湿大气所引起的干扰;波长为7.9微米的光用于测量特定胶片塑料;而3.86微米的红外线可以避免火焰和可燃性气体中二氧化碳和水蒸气的干扰。使用选择性滤波器实现准确测量需要仔细考虑较短和较长波长之间的响应。这种响应与目标物体或者处理过程的温度范围有关。当温度升高时,能量峰值移向较短波长一端。
红外式温度测量在过…如图2

  红外式温度测量在过程控制中应用广泛。如在钢铁厂等企业,那里温度很高而不能使用接触式测量技术,以及有高压设备或者具有腐蚀性的应用,这时非接触式测量的优势非常明显。即使在条件相对较好的生产过程中,温度图(生动的图像)能够很容易发现温度过高的位置和其他异常CONTROL ENGINEERING China版权所有,这也许指示过程不平衡www.cechina.cn,从而发出信号要求通风或采取纠正措施。
  非接触式温度测量的一种日益普遍的应用是预测/预防性维护项目(PPM)。PPM利用工厂设备和系统的实际运行历史数据来安排维护日程,因此优化工厂的运行。
  位于田纳西州Knoxville的Integrated Systems公司是一家预测性维护顾问公司,其首席执行官Keith Mobley先生描述综合性PPM项目是利用最具有低成本高效益特征的工具-包括热图和振动成像-来检测工厂关键系统和设备的实际运行状况,并按照分析结果来合理安排生产机器的维护计划,因此大大减少维护成本。
  按照Mobley先生的估计CONTROL ENGINEERING China版权所有,设备维护费用占商品制造成本的15%到60%,在美国大约为2000亿美元左右。他还估计大约有三分之一的维护费完全浪费在不必要或者不适当的维护中。然而像PPM这样相对简单的预先采取措施的维护技术,在大多数工厂也很少用。法国巴黎的Idtect是一家预测性维护公司,他们估计只有0.5%的总维护费用是用于预测性维护。但是他们预计在未来几年内这一数字会大幅度增加。

  在此之外是什么
  非接触式温度测量产品可分为两大类。
  简单传感器和温度计能提供一般信息、合理的价格,但不能提供高分辨率或高测量精度。廉价的热成像仪价格大约为1,500美元,可以提供在聚焦平面阵列上256个热像素。对于粗糙的成像已经足够,但不适用于要求详细信息的任务。简单的红外温度计价格为一百或几百美元。可以测量温度和保存数据,但也许


















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