Всем добророго времени суток!

Передо мной на производстве поставили задачу собрать систему, которая бы замеряла параметры баллона. Баллон сам из нержавейки, сверху на него "намотана" армирующая нить. Сразу после намотки его подвергают термической обработке при температуре +200.
Теперь сама задача)
1) нужно измерить температуру (диапазон измерений от -150 до + 50 градусов по Цельсию) в 20 точках, причём непосредственно у нержавейки, т.е. термодатчик необходимо "замотать" под армирующую нить, поэтому я склоняюсь к терморезисторам. Единственное, нужно подобрать какие-то кабели термостойкие. Что скажете про такое решение? Есть ли какие-то другие идеи.
2) нужно регистрировать изменение геометрии баллона во время повышения давления внутри него. Смещение выбранных точек для измерения не должно превышать 5мм, а если превышает, то это уже аварийный случай. Поэтому я думаю взять тензодатчики, как вы считает, подходящее это решение или нет.
3) система обработки и отображения. Нужно все данные вывести на какую-нибудь защищённую панель, которая бы работала при температуре от -50 до +50 и имела защиту от механических воздействий, пыли, влаги и т.д. В принципе, я привык работать с контроллерами beckhoff, но у них нет таких защищённых панелей и ПЛК, но такое кол-во датчиков они могут без дополнительного геморроя. Может быть, кто-т о имел схожие по "физической защищённости" задачи. Посоветуйте, пожалуйста, какие-нибудь фирмы (желательно российские).

Заранее спасибо тем, кто откликнется)

Может пойти поучиться?

Измерение температуры удобнее всего проводить при помощи ИК-камеры. Вариант не из дешевых.

Термопара медь - константан в стекловолоконном чулочке или в тефлоне. Или другая подручная термопара.

Проблема в том, что баллон армирован стекловолокном, причём довольно толстым слоем, поэтому при использовании ИК-камеры, мне кажется, могут получиться большие ошибки измерения.



Учиться я всегда рад, но 4 года на КИП я пока что не готов потратить, а на курсе АСУ к сожалению нам читали довольно мало. По датчикам читал дополнительно Фрайдена "Современные датчики", чего там не нашёл, то и спросил в этом топике.

Буду премного благодарен, если посоветуете книги по теме датчиков, систем преобразования и отображения показаний датчиков, встраиваемых систем на основе ПЛК.

На то и инженер, чтобы придумывать то, чего еще никогда не было . Изобретения для инженера - повседневное ремесло.
Понятно, что в голову сразу приходят всяко-разные датчики и мысль сосредотачивается только на том где купить и как приклеить.
А попробовать поискать какое-то другое , не тривиальное решение?
Форма баллона... ну и где она может конкретно подпрыгнуть? Каждый миллиметр поверхности снабдить датчиком? А если контролировать форму вообще?
В жидкости было бы просто, слишком много вытесняет баллон - значит раздулся.... а при такой высокой температуре как быть?
А что у баллона меняется вместе с формой? Гудит он не так если стукнуть! Ну, давайте включим его в резонансную систему и будем слушать как гудит. По частоте резонанса очень точно видно видно насколько форма уплыла./
Это только пример, может как-то еще можно задачу решить, а не свести к замызганной предыдущей?

Круть! Спасибо большое за идеи.

1. Изменение геометрии определяется лазерным сканированием, т.е. созданием 3D-слепка.
2. Температура - термопарами в защитных оболочках + высокотемпературные провода.

Если пункт 1 сложен, то щупами с тензо-сенсорами, индуктивными/опто датчиками перемещений, сколько нужно по количеству.

По первому вопросу - напрашивается платиновый термометр сопротивления. Попросту нить, как в стандартных датчиках. Если такое решение по карману.
По второму - не указаны размеры баллона, но это должен быть очень большой баллон, чтобы деформация, приводящая к линейному удлинению до 5мм, не считалась аварийной. Он же не резиновый, это же нержавеющая сталь. Тут нет опечатки?

1. Изменение геометрии здесь подразумевает именно отловить смещение конкретных точек. Т.е. лазерное сканирование для моей задачи неоправданно трудоёмко.
2. А чем плохи терморезисторы? Просто термопара конструктивно довольно габаритная, поэтому "незаметно" под стекловолокно замотать не получится.

Основная проблема, на самом деле, в системе, которая бы показания датчиков выводила на экран. Я понимаю, что нужен какой-то ПЛК и аналоговые модули ввода, вопрос, какое оборудование могло бы работать при таких условиях, да ещё и можно было бы "прикрепить" элементарную визуализацию по типу SCADA систем или, в крайнем случае, самому написать.



Всё правильно, диаметр баллона порядка 1 метра

Плохи нестабильностью и плохой повторяемостью от экземпляра к экземпляру. Во всяком случае, 5 градусов на фоне 200 не поймать уверенно.
Термопара это может и размеры ничуть не больше терморезистора. даже кажется что заведомо меньше. Плохо, что дешевая медная термопара , кажется, 200 С уже не тянет, это ее предельная температура.
Но я бы назло физике искал что-то без трехмерных лазеров и платиновых болтов.
наверняка где-то уже с этим инженеры встречались, нужно просто время постучать головой в стену.
А если долго не получается, то нужно вернуться в исходную точку и подумать: а нужно ли измерение температуры вообще? Может, техпроцесс изменить так, чтобы температура заведомо была равновесной во всем объеме обработки?
Ну вот, предположим, промеряли температуру в 101 точке и обнаружили, что в 88 точке она вышла за пределы. Ну, и что делаем? Крутим подачу пламени в какой-то горелке, отправляем баллон в неисправимый брак, что-то еще? Или ничего не делаем, просто любуемся картинкой на экране? Так зачем тогда все измерительные усилия?
Ложные дорогие решения порождаются нечеткой постановкой исходной задачи.
Стоит подумать.

К примеру:

Q.bloxx, Q.brixx, ОВЕН,


ОВЕН модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-8А (8 универсальных каналов)
+
ОВЕН ПЛК типа ПЛК110
и/или SCADA типа Adastra
+ термопары
+ на выбор датчики перемещений/расстояний:
- емкостные: KS
- индуктивные: RM, RL
- магнитострикционные
- тросиковые
- ультразвуковые: UFA-150
- лазерные: RAS-T5

Трудно сказать, что будет с терморезистором при таких непредсказуемых напряжениях на поверхности. А термопару сделать из голых проводов. Тоже не очень понятно, как она себя поведет... Терморезистор тоже можно намотать внутри армирующей обмотки. Или даже один виток. Или несколько параллельно отдельных витков для надежности. Вот только не скажу, могут ли они обратимо деформироваться на 5 процентов при низкой температуре... Можно ли вделать какие-то штыри, торчащие наружу?

Есть ещё вариант сделать датчик на основе оптоволокна, добавив их при производстве в состав армирующих. Ну если хочется именно нержавейку измерять, то пусть это будет первый повив по металлу. Далее смотрите информацию про оптоволоконный датчик температуры на основе Рамановских линий и/или деформации на основе спектрального сдвига Бриллюэновской линии. На выходе с датчиков получаете температурный и деформационный профиль вашего баллона. Пространственное, температурное и деформационное разрешение данного типа датчиков на данный момент, если верить ссылкам, для Бриллюэновского - http://www.neubrex.com/htm/technology/kouseido_3.htm , http://lscom.ru/ditest_sta-r.html 10 сантиметров и 0,6 градусов и 25 микрострейн деформации. Ну а Рамановского, соответственно, один градус на один метр http://temperatures.ru/pages/volokonno_opt...iki_temperatury

Штырьки проблемно вставлять в оплётку из стекловолокна. Из-за этого уменьшится предельно допустимое давление.

По поводу 200 градусов, наверное, я неправильно выразился. В печи баллон обжигают, но измерения проводить не нужно. Я это написал к тому, что система с "замотанными" датчика будет подвержена термообработке и чтобы датчики не "умерли" во время обжига, работать им придётся именно на указаном диапазоне.

Если использовать термопары, то нужно, скорее всего, брать их в защитном кожухе, причём чтобы активный спай касался поверхности баллона, и несильно "выпирал", я, к сожалению, не встречал пока что таких малогабаритных защищённых термопар.

А зачем непременно штырьки? Выпустить просто концы термопарной проволоки.
Не понимаю, зачем?..
Берем например медную и константановую проволоки (или хромель-копель, или что еще по выбору или наличию), диаметром, скажем, 0.15мм, лепим на сталь тонкий листик стеклоткани, толщиной 0.1мм или меньше, чтоб электрического контакта с металлом не было. Там напряжение - милливольты, можно бы и сразу на металл, но изолированная - помех меньше.
На стеклоткань кладем спай этих проволок термопары и затем обмотка стекловолокном, выпускаем просто концы этой тонкой термопарной проволоки.
К ним потом можно подключиться на винтиках, на зажимах, при желании можно заправить в клеммник, который приклеить на поверхность стекловолокна.
С этим больших проблем не предвижу.

Можно даже обойтись без прокладки стеклоткани, а предварительно покрыть спай и термопарные проволоки высокотемпературным лаком, или тем клеем, которым сткловолоконную обмотку проклеиваете, и таким образом изолировать от металлической основы.

Описалась - д.б. тензорезистор.

Но, боюсь, он за счет ТКС и вправду будет еще и терморезистором... Так что, Вы даже более правы, чем полагаете)))))
ИМХО, оптические методы, о которых выше сказали - вне конкуренции тут. Но ценаааааа.....

Но ведь тензорезистры делают из материала с малым температурным коэффициентом сопротивления. Думала, что это очевидно.
Также очевидно, что тонкие стержни, приделанные перпендикулярно поверхности не снизят заметно прочность.
А уж с ними измерить изменение размера тривиально.

Сильно сомневаюсь, что кто-то дает гарантии в диапазоне до -150. Тут даже и механические параметры существенно изменятся.
Вообще, это значительно более нетривиальная задача, чем измерение температуры основы.


Может быть можно попробовать отследить смещение металлической стенки баллона индуктивным датчиком.
Надо уловить смещение 5мм. Вопрос: с какого расстояния?- какова толщина стекловолоконной обмотки?

Есть ведь справочники... Для особо недоверчивых есть омметр и жидкий азот.

Погрешности, увы, погрешности. Температурный диапазон широк, а тензо-изменения ничтожны; температура тоже может быть неодинаковой... Косвенное вычисление может быть ненадежным.

Если уж на то пошло, намотать тонкую константановую проволоку - в две жилы равной длины: одну жилу три витка внатяг, вторую - два витка и свободно, "змейкой". Включить их в противоположных плечах моста: равные температурные эффекты компенсируются, а тензоэффект - нет, так как он будет только в натянутой жиле.

Для измерения температуры пользовался этим:
http://www.photon-control.com/optical-temp...re-sensors.html

подскажите, а вот таким прибором можно измерять давление в баллоне?

можно, для этого он и предназначен.

Только какое это отношение имеет к теме, да ещё и столь старой? Реклама манометров фирмы Овен?