高速光纖

變送器

溫度測量的"正確之選"

OMEGA 推出了工業級高速光纖變送器和探頭系統OS4000，該產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，不到一般產品的一半，響應時間短1msec，比類似設備快一個數量級。該產品符合CE認證并且在美國生產。在了解本產品之前，我們先了解一下這一產品類別，并且看一看一些典型應用。

探頭器件

在工業應用中，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境相稱的殼體、用以采集目標所發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。因此，探頭組件的結構可以千差萬別。

對于在露天環境中進行的測量，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、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）。

光纖互聯電纜充當波導管，將輻射傳送到電子設備組件內的檢測器組件。每一端光纖接口的是系統總體精度和重復性的關鍵。由于信號以光學方式傳輸，因此它不受工業環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的輻射轉換成溫度讀數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，它們容易受到電氣和磁場干擾。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測其臨界表面溫度，而不是通過測量周圍爐溫來間接監測。

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'）
• 發射率可調節范圍為0.05 ~ 0.99
• 四種標準模擬輸出
• 高溫與低溫報警輸出。可選帶觸點閉合輸出的內置繼電器
• RS232 PC接口基于Windows的數據記錄軟件
• 峰值保持和采樣保持功能
• 內置式"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

鉆頭溫度監測

對于高速印刷電路板鉆孔作業，可以通過以光學方式監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工業級高速光纖變送器是一款功能眾多的產品，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。該產品還提供峰值保持功能，并且保持時間可調。光學視場從0.22"到極小的0.025"。這是標準產品可提供的小光斑直徑，而定制產品可提供小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。光纖電纜的股數較多，可承受一定的機械損傷，而不會影響產品性能。

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、數據記錄器或過程控制系統。提供有適合每種常見工業系統的配置：
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，以用于發送信號或者控制系統。發射率可在0.05 ~ 0.99范圍內調節。雖然該產品是獨立設備，它依然包括了一個RS232 PC接口，增加了數據記錄功能及一些其它有用功能。還可以選擇使用無線收發器（如Omega的WRS232-USB），以便OS4000與可能較遠距離以外的PC之間的電纜，同時實現無線數據傳輸。

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。

主屏幕以模擬和數字格式顯示溫度讀數，并對一段時間內的讀數繪制圖表。OS4000背板的圖形顯示了LED指示燈的狀態，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，可以將數據點保存到數據文件中，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，那非常簡單了；在這些情況下選擇OS4000將是"*正確的"。