新型光纖傳感器可以精確測量出化學工廠中長達數(shù)米的反應器內部的溫度曲線圖。這項新技術首次提供了化學反應器內部的詳盡信息，有助于相關人員改善反應工藝。
西門子首次將光纖布拉格光柵溫度測量系統(tǒng)以傳感器的形式應用于工業(yè)領域。這種新型傳感器名為Sitrans TO500。它可以在長達數(shù)米的反應器中測量化學反應混合物的內部溫度。這種傳感器可沿一條光纜設置最多48個測量點，從而生成精確的溫度曲線，而以往的測量探頭僅可在幾個點進行測量。得益于這項新技術，如今，過程工程師能夠深入了解反應過程，從而實現(xiàn)更高效的控制。該傳感器已經(jīng)順利通過了化工行業(yè)客戶的測試，并于2016年11月在德國紐倫堡工業(yè)自動化及電子展上成功亮相。
以超細光纖傳感器告別笨重的系統(tǒng)
管束反應器通常會包含幾個外部冷卻反應管。在反應管中，氣體混合物會在催化劑的作用下完成化學轉化。這些反應管長達數(shù)米，直徑在2到5厘米之間。由于流入反應器的氣體量和位置的不同，反應管內部各處的溫度不盡相同。化學反應通常會在250到600攝氏度之間發(fā)生。為了測量溫度，傳感器會被插入保護管中置于反應管內部。諸如電阻溫度計和熱電偶等常規(guī)傳感器要求在每個測量點單獨安裝組件并布線。因此，即便僅部署幾個測量點，相關保護管的寬度也必須達到數(shù)厘米，而過程控制的依據(jù)則是利用為數(shù)不多的測量數(shù)據(jù)建立的理論模型。如果能更加精確地測得反應器內部的溫度分布，就可以更高效地運行化學反應器。這樣一來，工程師就可以通過控制反應過程，盡可能地延緩催化轉化器老化，從而降低設備的更換需求。
盡管西門子推出的新型光纖傳感器具備多達48個測量點，但它卻可以裝入寬度不超過2毫米的保護管中。這種傳感器由厚度不足1毫米的光纖構成。沿光纖排布的光學周期性結構又叫布拉格光柵。當光射入光纖時，根據(jù)布拉格光柵柵距，特定波長的光波將被反射。由于介質的折射率在一定程度上取決于其溫度，因此，在不同溫度下，反射光的波長會偏離先前測得的參考值。為了在多點進行測量，光纖具備多個布拉格光柵，每個光柵可反射不同波長的光波。不僅如此，這種傳感器使用的激光帶寬已拓展至超過100納米，可產(chǎn)生多種不同波長。由此，這種傳感器就能夠測量出每個布拉格光柵處的溫度。
高柔韌性且耐高溫
為了將光纖布拉格光柵技術用于工業(yè)領域，西門子工程師必須將原本易碎的光纖變得更為柔韌，只有這樣，傳感器才能被插入反應器中，并在設備維護等情況下從中取出。柔韌的光纖也讓長達數(shù)米的傳感器能夠被卷起以方便運輸。此外，工程師們面對的另一個挑戰(zhàn)就是反應器內部的高溫。因此，光纖不僅必須耐受這樣的高溫，還需要提前進行調整，以防止在測量時發(fā)生溫度漂移。
