Bezkontaktní měření teploty při tepelném zpracování
Libor KellerTSI System s.r.o., Mariánské náměstí 617/1, 617 00 Brno, Česko, info@tsisystem.cz
ANOTACE
Fluke Process Instruments vyrábí řadu snímačů infračerveného spektra, které poskytují klíčové informace pro optimalizaci výrobních procesů a zajištění trvalé kvality výroby. K nejvýznamnějším produktům patří termokamera ThermoView TV40 s fúzním zobrazením. Pro kontrolu nepřetržitých procesů je určený řádkový skener MP150/300. Bodové pyrometry jsou zastoupeny dvěma řadami. Pyrometry Enduracnce umožňují poměrové i absolutní měření v těch nejtěžších podmínkách. Řada pyrometrů Thermalert 4.0 poskytuje široké funkční možnosti za příznivých cenových podmínek. Rozsah měřených teplot je až 1200 °C pro termokamery, 1800 °C pro řádkové skenery a 3200 °C pro bodové pyrometry. Ke všem snímačům je výkonné programové vybavení pro přenos, správu a dokumentaci naměřených hodnot.
1. ThermoVIEW
ThermoView TV40 je vysoce výkonný průmyslový stacionární termografický zobrazovací systém, který umožní plně kontrolovat důležité procesy a produkty i nepřetržitě sledovat riziková pracoviště. Systém TV40 rozšíří porozumění o teplotních dějích nepřetržitým poskytováním dat z infračerveného a vizuálního kanálu a současnou vizualizaci údajů o teplotě. Systém TV40 také nabízí plně integrované řešení regulace teploty včetně monitorování a archivace teplotních dat.
Obr.1. ThermoView TV40
Díky četným možnostem přizpůsobení integrace umožňuje systém TV40 automatizovat dohled nad výrobními procesy, jednotlivými produkty nebo nad celými pracovišti pomocí nastavení téměř neomezeného počtu oblastí zájmu. V těchto oblastech lze stanovit individuální hranice alarmů a využít pokročilé logiky jejich stavů pro celkové vyhodnocení sledovaného procesu, produktu nebo pracoviště. Současně lze přenášet všechna data do automatizačního PLC nebo do serveru pro dálkovou správu a pro archivaci.
Robustní termokamera TV40 umožňuje vizualizovat teplotní data v rozsahu teplot od -10 °C až do 1200 °C ve spektrálním pásmu 8 µm až 14 µm s rozlišením 320 x 240 pixelů, nebo 640 x 480 pixelů, se snímkovou frekvencí až 60 Hz. Zobrazení ve viditelném spektru má rozlišení 640 x 480 pixelů. Standardní objektiv má zorné pole 34°x 25.5° a jeho rozsah zaostření je od 150 mm do nekonečna.
Simultánní zobrazování v infračerveném a viditelném spektru, známé jako Fluke IR-Fusion, usnadňuje pozorování a vyhodnocování teplotních problémů ve složitých průmyslových strukturách. K dispozici je několik předkalibrovaných předsádkových objektivů, které jsou uživatelsky výměnné a mají dálkové motorizované zaostřování. Lze tedy vyměňovat objektivy v místě instalace bez nutnosti kalibrace. Je možné využít jeden širokoúhlý objektiv, dva teleobjektivy a dokonce i makroobjektiv.
Pro komunikaci lze využít rozhraní GigE Vision a LAN/Ethernet s PoE napájením, což umožňuje snadnou integraci termokamery TV40 do stávajícího řídicího systému. Krytí podle IP67 zaručuje dlouhodobě stabilní termální zobrazování v nejnáročnějších prostředích, přičemž je k dispozici speciální příslušenství pro vzduchové čištění objektivu.
Intuitivní software ThermoView umožňuje snadno převzít kontrolu nad všemi částmi sledovaného procesu díky pokročilým analytickým nástrojům, automatickým alarmům a dalším funkcím. Uživatelsky konfigurovatelné a snadné možnosti nastavení zajišťují rychlou a pohodlnou instalaci bez zbytečných prostojů.
Vytváření přizpůsobitelných oblastí zájmu s pokročilou logikou umožňuje sledovat procesní teploty, provádět kontroly produktů a hlídat kritická místa pracoviště najednou. Tvorba individuálních alarmů a signálů, které se propojují na diskrétní I/O přispívá k lepšímu řízení procesu. Možnost nezávislého, průběžného, přerušovaného anebo vzdáleného vyhodnocování teplotních podmínek poskytuje možnost mít údaje o teplotě kdykoli a kdekoli je potřeba. Automatizovaný záznam a archivace dat pomáhá při srovnávacích testech a při kontrolách procesů.
2. MP LINESCANNER
Řádkové teplotní skenery MP LineScanner výrobce Fluke Process Instruments poskytují nepřetržité a přesné tepelné snímky pohybujících se procesů a výrobků v reálném čase. Teplotní skenery se dodávají v širokém výběru spektrálních a teplotních rozsahů pro různé aplikace.
Obr. 2. MP LineScanner
S rychlostí skenování až 300 Hz a schopností skenovat až 1024 datových bodů v jednom řádku může teplotní skener MP LineScanner poskytnout úplný obrázek i o těch nejrychlejších výrobních procesech. Navíc s 90° zorným polem a optikou až 200:1 je možné každé místo na cílovém povrchu vzorkovat až třikrát, což zajišťuje přesné měření teploty.
Každý řádkový skener obsahuje vestavěný čárový laser pro snadné zaměření, což má za následek nižší náklady na instalaci. Vestavěné vodní chlazení a funkce vzduchového čištění optiky zajišťují bezpečný provoz skeneru v těch nejtěžších pracovních podmínkách.
Řada MP LineScanner také umožňuje uživatelům využívat všestranný programový systém DataTemp DP, který poskytuje možnost vytvářet vlastní provozní profily a také snadno zobrazovat celkové termosnímky a volitelné teplotní profily.
Řádkové teplotní skenery MP LineScanner mohou být použity v samostatném režimu, kdy jsou připojeny připojena k jednomu izolovanému počítači, mohou být však také integrovány do komplexních systémů řízení výrobních procesů pomocí programu DataTemp DP v reálném čase.
3. ENDURANCE
Integrované pyrometry Endurance jsou kompaktní jednotky zahrnující objektiv, senzor, vyhodnocovací elektroniku, ovládací panel s displejem a připojovací konektory v jednom kovovém pouzdru. Mají velký měřicí rozsah od 50 °C do 3200 °C, který pokrývá většinu průmyslových vysokoteplotních aplikací. Poměrový režim umožňuje měření v obtížných podmínkách, kdy je měřený objekt malý nebo tvarově proměnný anebo když není stabilně v zorném poli pyrometru. V poměrovém režimu je také možné přesně měřit i v případě až 95 % zastínění zorného pole mechanickými překážkami, prachovými částicemi nebo vodní párou.
Obr. 3. Endurance
Integrované pyrometry Endurance jsou k dispozici v pěti modelech. Dva poměrové modely 1R a 2R pracují na vlnových délkách kolem 1,0 µm a 1,6 µm. Model 1R může měřit jak v poměrovém, tak v absolutním režimu. Předností modelu 2R je nízká měřicí teplota 250 °C v poměrovém režimu. Modely 1M, 2M a 3M pracují na vlnových délkách 1,0 µm, 1,6 µm a 2,4 µm. Vynikají optickou charakteristikou až 300:1, která umožní měřit malé cíle ve velké vzdálenosti. Jsou také vhodné pro měření rychlých procesů, protože jejich odezva na změnu teploty je 2 ms. Podstatnou výhodou modelu 3M je rozšířená dolní hranice měřicího rozsahu od 50 °C, která umožní sledování širokorozsahových teplotních procesů.
Zaměřování integrovaných pyrometrů Endurance je u všech modelů průhledovým hledáčkem. Dále je pro zaměřování možné zvolit vestavěný osový laser, nebo je možné použít světelné LED zaměřování. Nejpokročilejší možností je video zaměřování prostřednictvím vestavěné kamery, které umožňuje navíc sledovat výrobní proces.
Integrované pyrometry Endurance jsou robustní díky nerezovému pouzdru a mají krytí IP65. Odolávají okolní teplotě do 65 °C bez přídavného chlazení. Základní pouzdro může být vybaveno chladicím pláštěm, který zajistí teplotní odolnost do 175 °C. Pokud je potřeba vyšší teplotní odolnost, je k dispozici speciální termoplášť, který zajistí ochranu pyrometru při teplotě okolí až 315 °C.
4. ENDURANCE FIBER-OPTIC
Pyrometry Endurance Fiber-Optic mají samostatný objektiv oddělený od vyhodnocovací elektroniky optickým kabelem. Hlavice s objektivem je pasivní prvek a infračervené záření se přenáší optickým kabelem, který může být dlouhý od 1 m až do 22 m, na senzor umístěný ve skříňce s vyhodnocovací elektronikou, která obsahuje ovládací panel s displejem a připojovacími konektory. Měřicí rozsah pyrometrů Endurance Fiber-Optic je od 250 °C do 3200 °C.
Obr. 4. Endurance Fiber-Optic
Pyrometry Endurance Fiber-Optic jsou k dispozici ve čtyřech modelech. Poměrové modely F1R a F2R pracují na vlnových délkách kolem 1,0 µm a 1,6 µm a mají optickou charakteristiku od 20:1 do 65:1 podle teplotního rozsahu. Model F2R umožňuje v poměrovém režimu měřit již od teploty 275 °C. Absolutní modely měří na vlnových délkách 1,0 µm a 1,6 µm a v nejvyšším teplotním rozsahu mají optickou charakteristiku 100:1. Odezva na změnu teploty je 10 ms, jen model F2R má odezvu 20 ms. Pro zaměřování hlavice je možné využít vestavěného laseru.
Výhodou pyrometrů Endurance s optickým kabelem je, že již samotná hlavice s objektivem má vysokou teplotní odolnost. Ve standardním provedení snese hlavice s optickým kabelem okolní teplotu až 200 °C, ve vysokoteplotním provedení může být okolní teplota až 315 °C. Pro umístění hlavice v extrémních teplotních podmínkách je k dispozici speciální chladicí a ofukovací jednotka, která zajistí funkci hlavice do teploty 450 °C. Jednotka vyhodnocovací elektroniky má standardní pracovní teplotu do 60 °C, při použití vodního chladicího příslušenství odolává teplotě až 150 °C. Všechny části pyrometru Endurance Fiber-Optic mají krytí IP65.
Hlavní využití pyrometrů Endurance s optickým kabelem je při měření teploty ve stísněných prostorových podmínkách. Velkou výhodou této modelové řady je odolnost vůči elektromagnetickému rušení.
5. THERMALERT 4.0
Inteligentní bezkontaktní teploměry Thermalert 4.0 jsou určeny pro měření teploty od -40 °C do 2250 °C v průmyslovém prostředí. Řada zahrnuje 13 modelů s různými spektrálními odezvami a optickými charakteristikami. Modely MT slouží pro měření teploty žáruvzdorných materiálů a zpracování kovů plamenem a vysokoteplotní modely HT, 3M, 2M a 1M najdou uplatnění při indukčním kalení a v dalších technologiích tepelných úprav kovů. Většina modelů má vestavěné laserové zaměřování.
Obr. 5. Thermalert 4.0
Základní provedení Thermalert 4.0 podporuje dvouvodičovou smyčku se společným napájením a analogovým proudovým výstupem. Další provedení umožňuje propojení šestipólovou svorkovnicí, která poskytuje proudový a napěťový výstup a rozhraní RS485. Thermalert 4.0 má také rozhraní USB, které za podpory systémového programu DataTemp Multidrop slouží pro vzdálenou konfiguraci, monitorování, provozní kalibraci a aktualizaci firmware teploměru.
Tělo přístroje je vyrobeno z nerezové oceli s krytím IP65. Odolnost proti vlivu okolní teploty je do 85 °C bez vnějšího chlazení, při požadavku vyšší odolnosti je možné použít termoplášť, který zaručí funkci až do 315 °C okolní teploty.
Literatura
[1] Firemní literatura Fluke Process Instruments.