برق. قدرت. کنترل. الکترونیک. مخابرات. تاسیسات.

دایره المعارف تاسیسات برق (اطلاعات عمومی برق)

اندازه گیری دما توسط سنسورهای فیبرتوری و دیجیتال

مترجم: حمید زرندی




در میان روش های اندازه گیری دما كه در صنایع شیمیایی وجود دارد، روش هایی كه مبتنی برفیبرنوری هستند جزو جدید ترین و جالب ترین روش ها محسوب می شود.
ایمنی در محیط های پرریسك، محافظت در برابرفركانس های رادیویی و الكترومغناطیسی از نوع RFI و EMI ، سطح پایین اختلال در سیگنال كنترلی و دقت بالا از جمله مزایای استفاده از این روشهاست. استفاده از سیستم های فیبرنوری باعث كاهش هزینه های مربوط به كنترل نسبت به مدارهای حاوی ترموكوپل ها و مقاومت های حرارتی(RTD) شده است.
فیبرهای نوری می توانند مدت زمان زیادی برای انتقال حرارت و دما از فرآیند كنترل شونده به پیرومتر نوری و یا ترمومتر از نوع مادون قرمز بكار روند. این موضوع كار اندازه گیری را در فضاهای كوچك آسان می سازد و سبب ایزولاسیون وسیله اندازه گیری مورد استفاده می شود.
نمونه های موجود چنین سیستم هایی از سری SA شبیه ترمومترهای مادون قرمز تولیدی در كمپانی ایركان (Ircon) است. در چنین سیستم هایی ابزار مورد نظر توسط یك كابل فیبرنوری- كه با لایه محافظی از جنس استیل پوشیده شده - به فرآیند مورد اندازه گیری متصل می شود.

سنسورهای فیبر نوری
برخی از طراحان سیستمهای كنترل، طراحی خود را بر پایه كوچك كردن هر چه بیشتر سنسورها قرار داده اند بطوریكه این سنسورها بتوانند در فیبر نوری جمع شوند. این سیستمها بر مبنای میزان طول موج ارسالی یا منعكس شده به وسیله سنسورها (نه طول موج ارسال شده از منبع) دمای هر بخش را اندازه گیری می كنند.
سال گذشته كمپانی اولوما(Oluma) به سیستم سنسورهای انتشار دهنده درجه حرارت(DTS) دست یافت كه از یك رشته فیبرنوری ساده برای اندازه گیری دما با خطایی در حدود0/9 درجه فارنهایت و فاصله100 الی2 هزار متر بهره می برد. از جمله كاربردهای این سیستم تشخیص نشتی در سیستم لوله كشی و مونیتورینگ بسیار مناسب سیستم مربوط به روغن است. این سیستم در بستر فرآیند قرار داشته و هر بخش فیبرنوری همانند یك سنسور نسبت به نقاط انعكاسی عمل می كند. با توجه به آنچه »الوما« ارایه كرده ، این ابزار جدید به اندازه كافی برای استفاده در سیستم های انتشار درجه حرارت، منطقی و مقرون به صرفه است.
كمپانی »دیویدسون« برای اندازه گیری دما در سیستم های فیبرنوری خود از تكنولوژی متفاوتی كه بنام سنسورهای Faber-Perot شناخته می شود، بهره می برد. این سنسورها از دو آینه داخلی برای ایجاد یك حفره رزونانسی استفاده می كنند.
حال اگر فضای موجود بین دو آینه با توجه به تغییرات حرارتی و یا نیروهای اعمال شده تغییر كند، فركانس رزونانس سیستم تغییر می كند. این كمپانی از تكنولوژی موسوم به مایكرو الكترومكانیك(MEMS) برای ساخت سنسورهای كوچك سیلیكونی بهره می برد. می توان گفت ساده ترین ویژگی این سنسورها اندازه گیری دمای32 نقطه از سیستم در ارتفاع47 فوت تا دمای500 درجه فارنهایت است.
سنسورهای نوع سوم، سنسورهایBrag Grating است كه بر پایه جدیدترین نمونه های سیستم Spectro Bay توسط شركت خدماتی »بایر تكنولوژی« عرضه شده است. این سنسور می تواند دمای مربوط به30 نقطه مختلف را كه حداكثر در فاصله یك هزار متر از آن باشند برپایه بروشورهای منتشر شده توسط شركت سازنده با خطایی در حد1/2 درجه فارنهایت اندازه گیری كند.
فیبر Brag نوعی تجهیزات نوری است كه با یكبار استفاده از لیزر قدرتمند ماورای بنفش ایجاد می شود. فضای عبور نور انعكاس یافته، تنها5 میلی متر طول دارد كه این موضوع باعث می شود تا برخی از نورهای انعكاس یافته بازگردانده شود(شكل شماره2).






این فیبر می تواند با توجه به هر نقطه دلخواه در فیبرنوری كنترل شونده تعریف شود. این مجموعه- یعنی فیبر و سنسورهای آن- توسط كمپانی آلمانی AOS تولید شده است.
در یك سمت فیبرنوری، منبع نوری مادون قرمز وجود دارد كه
تبدیل های سریع آن توسط سازنده نوری تعریف شده است و در سمت دیگر فیبرنوری یك ذره نوری قرارداردكه آن ذره چرخنده(Circulator) گفته می شود و وظیفه این ذره انتقال و هدایت نور از منبع به فیبر و سپس انتقال موج انعكاس یافته(بازگشتی) به اسپكترومتر است.
سنسورهای مختلف می توانند توسط اسپكترومتر تشخیص داده شوند چرا كه هر كدام از فیبرهایBrag برپایه یك طول موج مشخص ساخته شده است و هنگامی كه تغییراتی در آن مشاهده می شود نشانگر آنست كه حتماً تغییرات دمایی ایجاد شده است.
در این میان آنچه ضروری بنظر می رسدجلوگیری از تداخل طول موج اندازه گیری بین دو مقدار تعریف شده، برای اندازه گیری هر سنسور است. این سیستم می تواند در هر لحظه حداكثر به6 فیبر مجزا و جدا از هم متصل شود. اما با توجه به تعریف سیستم، دلیلی برای این محدودیت نداریم و در واقع بایستی پرسید كه چرا ما قادر به استفاده از فیبرهای نوری بیشتری نیستیم و یا اینكه چرا نقاط بیشتری از هر فیبر اندازه گیری نمی شوند؟
بر پایه طراحی های انجام شده در صنایع شیمیایی، آنچه فیبرBrag ارایه می دهد، جدید نیست و سیستم پیشنهادی Spectro Bay به مراتب جدیدتر و به نیازهای موجود در صنایع شیمیایی نزدیك تر است. بر پایه اطلاعات بروشورها، در یك مقایسه اقتصادی، این سیستم به هیچ عنوان با سیستم
ساده ای كه در آن از ترموكوپل و مقاومت حرارتی بهره می بریم قابل مقایسه نیست. ویژگی هایی كه باعث می شود تا سیستم Spectro Bay مورد توجه قرارگیرد عبارتند از:
- نیاز به بهره گیری از تعداد زیادی سنسور
- قابلیت اتصال این سنسورها به یكدیگر
- قابلیت كار در محیط های پرریسك
-قابلیت ارتباط با سیستم فیبرنوری كه به منظور اندازه گیری همزمان و جمع آوری داده های مربوط به آنها استفاده می شود.
هنگامی كه هزینه های مربوط به كابل كشی سیستم ها بسیار بالاتر از حد انتظار شد، جایگزینی سیستم ارزانتر و ساده تر جزو ملزومات قرارگرفت. سیستم انتقال بدون سیم(Wireless) برمبنای آنچه »كلیف لوئیس« می گوید:
»ارزانتر و بدون سوال و ابهام است«. ترانسمیترهای دمای Accutech كه مبتنی بر انتقال بدون سیم است دارای یك باطری با عمر مفید5 سال و محدوده عملكرد از500 تا2000 فوت است و با توجه به مقادیر پروتكل MVP به ترانسمیترهای سیمی معمولی بسیار نزدیك است. البته زمان پاسخ دهی این ترانسمیترها نسبت به ترانسمیترهای سیمی به میزان1 تا5 ثانیه كندتر است. این ترانسمیترها در جایی كه دسترسی برای نصب و استفاده از ترانسمیترهای سیمی امكان پذیر نیست كاربرد دارند. برج های بلند، تجهیزات متحرك مانند كوره های دوار و خشك كن ها برخی از این موارد هستند.






سنسورها و ترانسمیترهای دیجیتال
گرچه با توجه به مزایای گفته شده در بالا استفاده از سنسورهای نوری و راه حل های كنترلی آنها مفید است، لیكن باید بپذیریم كه این روش ها هنوز گران هستند و در این بین ترانسمیترهای دیجیتال می توانند راه حلی اقتصادی و منطقی باشند.
كامپیوترهای قابل برنامه ریزی تحت Mod Bus ساخت كمپانی TMZ ، قابلیت ارسال اطلاعات مربوط به سیگنال جریان یا ولتاژ ترموكوپل و مقاومت های حرارتی را تا32 ورودی توسط یك جفت سیم از نوع فیبر دارد.
(شكل شماره3)
سیستم فاكس بورو، دامنه وسیعی از ترانسمیترهای دما را كه سیگنالهای ورودی ترموكوپل ها، مقاومت های حرارتی، مقاومت و منابع در حد
میلی ولت را می پذیرد، ارایه می دهد. برای مثال ترانسمیترRTT 15 I/A با قابلیت Hart و بر مبنای فیلد باس H1 و پروفی باس PA طراحی شده است. سری RTT 20 نیز علاوه بر محدوده 4~20mA می تواند تحت خروجی های منطقی مربوط به فاكس قرار گیرد و با اتصال ترمینال های آن به كامپیوتر و یا سری های ورودی و خروجی فاكس بورو فعال شود.
در میان ترانسمیترهای آنالوگ، ترانس میتر Sitranns TF ساخت شركت زیمنس به چشم می خورد كه علاوه بر نمایش محلی مقادیر اندازه گیری شده می تواند با تبدیل این مقادیر به سیگنال مناسب برای ورودی سیستم كنترل مركزی(DCS) بكار رود.این ترانسمیترها تحت استاندارد IP-65 هستند.

Reference:Chemical Engineering Magazine- May 2005

http://www.naftepars.ir/official/2961/view.asp?ID=407483

صفحات جانبی

نظرسنجی

    لطفاً نظرات خود را درمورد وبلاگ با اینجانب در میان بگذارید.(iman.sariri@yahoo.com)نتایج تاکنون15000مفید و 125غیرمفید. با سپاس


  • آخرین پستها

آمار وبلاگ

  • کل بازدید :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :