恶劣环境下的光电传感器

2022-12-02 08:04   来源: 中国城市网    阅读次数:7100

  激光和红光的光电传感器广泛应用于工业自动化的各个领域。清洁、无尘、干燥的环境通常是光电LED正常工作的必要条件。然而,在许多肮脏和恶劣的应用中,光学传感器是最佳的选择吗?例如,在钢厂的许多应用中,从原钢生产到进一步的冶金过程,再到铸造和热轧。除了已经提到的因素外,在许多情况下,钢铁和金属生产中存在着极端的热量。

  光学全能仪

  光电传感器与其他工作原理相比,有一个突出的特点,就是其感应距离长。另外特别的是,它还能检测到与材料无关的物体。电感式传感器一般工作距离较短,最适合检测金属物体。电容式传感器可以在较大的距离内识别不同的材料,但它们很容易受到液体或水分等残留介质的干扰。标准的电容式传感器甚至可以通过手指触摸来激活。

  除了光电可以解决的各种不同的应用外,光学传感器也被用于安全相关的功能。

  传感器在高环境温度下运行

  在钢铁生产过程中,很多环节都伴随着较高的环境温度。液态钢和铁的温度在1400°C(2552°F)到1536°C(2797°F)之间。

  连铸和热轧时的材料温度仍在650°C(1202°F)和1250°C(2282°F)之间。这是可见的,可以通过钢色图来确定。

  铸坯切割

  通常,光电传感器的工作环境温度最高可达55-60°C(131-140°F)。这个最高温度主要受限于传感器的光学元件规格,如激光二极管。

  现在你可以认为,不建议在这种恶劣的环境下操作光电传感器。我将介绍一些方法,以确保你的光学传感器在恶劣的条件下也能可靠地工作。

  检测发光金属

  首先应该提供你要检测的目标的材料温度在600-700℃以下。如果你想检测温度超过700°C (1292°F)的可靠的红热或白色发光钢件,这与标准的激光或红光传感器是不一样的。红热钢发出的光比光电传感器使用的光波长相同。这可能会干扰传感器的功能。

  如何在恶劣的环境中可靠地操作光电传感器?

  在极端恶劣的条件下,有不同的方法来保证光电传感器的可靠性和寿命:

  距离目标物较远

  定期清洁

  使用光学玻璃纤维

  传感器的冷却

  传感器的机械保护

  光电传感器的一大优势就是射程远,这使得我们可以在距离目标物体一定距离的情况下进行安装。通过这种方式可以大大降低被检测物体的热辐射影响。很多时候,远程安装会使传感器在室温下工作。然而,在炎热地区,钢铁生产中的这一环境温度甚至可以达到50°C(122°F)。

  如果您打算以高精度检测相当小的物体,安装的最大距离可能会受到限制。为此,耐化学性玻璃纤维是合适的,可以处理高达250°C(482°F)的温度。这些预制的光纤组件可以很容易地连接到传感器上。传感器本身可以安装在阴凉和保护的地方。

  Glass-fiber up to 250°C

  光电传感器的冷却

  在钢铁生产中,传感器处使用水冷是至关重要的。除了仪器空气或清洁冷却水的成本外,还有安全方面的问题。水冷式传感器保护外壳与含式传感器相比,价格昂贵,体积庞大。由于水管爆裂而导致的漏水或洒水,都是很危险的。

  因此建议大家仔细看看,光电传感器的使用和安装地点:

  热物和传感器的距离可以实现哪种距离?

  此处的最高温度是多少?

  在正常运行和故障时,长时间的高温将持续多长时间?

  多级滚轧机架

  Multi-stage rolling-mill stand

  扁钢的热轧

  在钢铁生产过程中的很多地方,我们面对的只是暂时的大面积高温。在热轧机中,板坯经过多次粗轧机,然后继续进入多级精轧机架,轧制成最终厚度。之后,金属带进入卷取机进行卷取。

  这个过程依次进行,发光材料在每个生产阶段都是有限的时间存在。直到新的板坯从再热炉中跑出来,温度又恢复了正常。

  钢卷的卷绕

  这里经常使用标准传感器,而且运行良好。但当出现因故停产的情况时,流程就会中断。在这种情况下,热材料有可能只是停在传感器前。由于暂时的温度过冲,传感器可能会像这张图一样损坏。

  热冲击后的光电传感器照片

  保护壳配件

  为了防止光电传感器暂时过热,我们开发了这种通用保护外壳。

  传感器外壳和保护电缆套管

  如果在电缆周围使用耐热套管,可以实现额外的保护。这种套管可以直接连接到电缆压盖上。

  这种由压铸铝制成的外壳为传感器提供机械保护,在许多情况下,传感器的外壳是塑料的。传感器的窗口由玻璃或PMMA组成。

  另一方面,这种外壳起到了防热的作用。

  带鼓风机和冷却装置的保护性外壳

  无需额外冷却的热保护

  我们已经将带有传感器的外壳暴露在高达160°C/320°F的温度下。试验是在烘箱中进行的,温度的影响来自四面八方。在很多实际应用中,温度对传感器位置的影响只是来自一个方向。

  在没有额外冷却的情况下,在大约4-5分钟后,外壳内部被加热到60°C/140°F。所以在相当短的时间内就达到了规定的最高工作温度。如果你必须考虑较长的热冲击时间,建议使用额外的冷却。

  可选择用空气或水冷却

  第一次用空气进行测试,在外壳内部用高达35l/min.的速度进行冲洗,可以使温度降到5K左右(室温23℃)。

  根据这个经验,我们不建议用空气制冷,因为它的效率不高。您仍然可以将压缩空气应用于外壳外侧的预设点,但它不会提供有效的降温。此时的静态气压可以提高IP防护能力。由于外壳内部的压力,不会有湿气或液体进入内部。

  我们可以利用外壳底部的剩余区域,来容纳冷却通道,冷却通道上有盖子和密封圈(可选)。这里可以接水。

  另一项试验表明,在水流量为2l/min,水温为8℃(普通水龙头)的情况下,可以降低100K的外壳内温度。

  通过使用这少量的水,标准传感器可以在高达160°C的环境温度下连续工作。在临时过热的情况下,例如在机器故障期间,可以通过提供冷却剂来稳定传感器的温度,甚至可以降低温度。

  在160°C的外壳温度下,传感器可在15分钟内冷却到最高额定温度60°C。8℃水温,2l/min流量)。

  基本上,如果在紧急情况下启动水冷系统以保护传感器,这将是足够的。

  保护壳的主要特点:

  防尘、防潮

  IP67保护(带IP69K电缆套管)

  耐用的压铸铝外壳

  玻璃屏或PMMA屏(带屏的前部可作为备用部件)

  可选的鼓风机,以防止灰尘。

  快速、方便地安装和更换传感器。

  保护套管的电缆压盖

  可选的水冷(连续最高达160°C/320°F)

  ATEX-玻璃版本的认证(22区)

  2种尺寸(BOS/BOD23K和BOS50K)

  


责任编辑:赵硕
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