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新型光纖傳感器可以精確測量出化學(xué)工廠中長達(dá)數(shù)米的反應(yīng)器內(nèi)部的溫度曲線圖。這項新技術(shù)首次提供了化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)部的詳盡信息，有助于相關(guān)人員改善反應(yīng)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(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。這種新型傳感器名為Sitrans TO500。它可以在長達(dá)數(shù)米的反應(yīng)器中測量化學(xué)反應(yīng)混合物的內(nèi)部溫度。這種傳感器可沿一條光纜設(shè)置最多48個測量點(diǎn)，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(diǎn)進(jìn)行測量。得益于這項新技術(shù)，如今，過程工程師能夠深入了解反應(yīng)過程，從而實(shí)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(xì)光纖傳感器告別笨重的系統(tǒng)

管束反應(yīng)器通常會包含幾個外部冷卻反應(yīng)管。在反應(yīng)管中，氣體混合物會在催化劑的作用下完成化學(xué)轉(zhuǎn)化。這些反應(yīng)管長達(dá)數(shù)米，直徑在2到5厘米之間。由于流入反應(yīng)器的氣體量和位置的不同，反應(yīng)管內(nèi)部各處的溫度不盡相同。化學(xué)反應(yīng)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(hù)管中置于反應(yīng)管內(nèi)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(diǎn)單獨(dú)安裝組件并布線。因此，即便僅部署幾個測量點(diǎn)，相關(guān)保護(hù)管的寬度也必須達(dá)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(yīng)器內(nèi)部的溫度分布，就可以更高效地運(yùn)行化學(xué)反應(yīng)器。這樣一來，工程師就可以通過控制反應(yīng)過程，盡可能地延緩催化轉(zhuǎn)化器老化，從而降低設(shè)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(dá)48個測量點(diǎn)，但它卻可以裝入寬度不超過2毫米的保護(hù)管中。這種傳感器由厚度不足1毫米的光纖構(gòu)成。沿光纖排布的光學(xué)周期性結(jié)構(gòu)又叫布拉格光柵。當(dāng)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(zhì)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(diǎn)進(jìn)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(shù)用于工業(yè)領(lǐng)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(yīng)器中，并在設(shè)備維護(hù)等情況下從中取出。柔韌的光纖也讓長達(dá)數(shù)米的傳感器能夠被卷起以方便運(yùn)輸。此外，工程師們面對的另一個挑戰(zhàn)就是反應(yīng)器內(nèi)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(jìn)行調(diào)整，以防止在測量時發(fā)生溫度漂移。