高速光纖
變送器
溫度測量的"正確之選"
OMEGA 推出了工業(yè)級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"的光學視場或光斑直徑，不到一般產(chǎn)品的一半，響應時間短1msec，比類似設備快一個數(shù)量級。該產(chǎn)品符合CE認證并且在美國生產(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用。
探頭器件
在工業(yè)應用中，進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，這些器件包括要對準待測物體的透鏡探頭組件、連接到電子設備組件的光纖互聯(lián)電纜以及進行溫度測量并將測量值轉換成可用輸出信號的變送器。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、用以采集目標所發(fā)出輻射的透鏡或光導棒，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，探頭組件的結構可以千差萬別。
對于在露天環(huán)境中進行的測量，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、玻璃或石英光導棒（探頭）。
光纖互聯(lián)電纜充當波導管，將輻射傳送到電子設備組件內(nèi)的檢測器組件。每一端光纖接口的是系統(tǒng)總體精度和重復性的關鍵。由于信號以光學方式傳輸，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。
電子設備組件的工作是把光纖電纜傳輸?shù)妮椛滢D換成溫度讀數(shù)或與溫度成比例的信號。它可能包括很多加強功能，例如高溫和低溫報警、各種輸出選項，甚還可能包括計算機接口連接。
非接觸式溫度測量的應用
盡管熱電偶是過程控制中常用的溫度測量設備，便它們有自身的局限。它們必須與被測物體接觸，它們的響應時間長，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，因為光纖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特性。下面是一些典型應用。
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。
金屬的感應加熱
所采用的強大的射頻電場可以加熱常規(guī)加熱設備同時干擾電子設備，而光纖不受射頻電場的影響。
特點
- 溫度范圍為100 ~ 1600?C(212 ~ 2912?F)
- 響應時間極短，可達1 msec
- 三種標準光學視場
- 四種標準光纖電纜長度：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
- 四種標準模擬輸出
- 高溫與低溫報警輸出?？蛇x帶觸點閉合輸出的內(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。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
對于高速印刷電路板鉆孔作業(yè)，可以通過以光學方式監(jiān)測鉆頭溫度來確定磨損。
半導體摻雜、沉積或濺射
由于這些流程通常在真空或受控氣氛中通過感應加熱進行，常規(guī)的溫度測量器件無法使用。
直接測量部件溫度對成功關重要的任何高溫場合。
關于OS4000
OS4000工業(yè)級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，并且保持時間可調(diào)。光學視場從0.22"到極小的0.025"。這是標準產(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，可承受一定的機械損傷，而不會影響產(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)置式激光瞄準器有助于將視場對切的測量位置。變送器包括電子設備組件，可將信號轉換成有用格式。變送器的一端有一個光纖探頭接口，另一端有一個電源和輸出信號接口（參見圖2）。OS4000提供了一些模擬輸出，可連接顯示設備、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警繼電器觸點閉合輸出，以用于發(fā)送信號或者控制系統(tǒng)。發(fā)射率可在0.05 ~ 0.99范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。雖然該產(chǎn)品是獨立設備，它依然包括了一個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與可能較遠距離以外的PC之間的電纜，同時實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。
高速光纖變送器
進行溫度測量
OS4000軟件包
請向軟件設計師致敬，因為您只要看一眼可以知道如何使用了。軟件的布局一目了然，兩個屏幕（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)，并對一段時間內(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)，并可用來打開和關閉激光對準功能。設置屏幕用來設置高溫和低溫報警、溫度單位以及采樣率。制表功能的時基和比例尺也在此處管理。另外，為了進行分析和存檔，可以將數(shù)據(jù)點保存到數(shù)據(jù)文件中，繼而可以導入電子表格。
結論
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、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"。
