Optiske fibre for målinger i ekstreme temperaturer

I mange sammenhenger, og særlig i industrielle prosesser, er det utfordrende å måle høye temperaturer. Det europeiske forskningsprosjektet EMPRESS 2 har ved hjelp av optiske fibre kommet fram til metoder som ser lovende ut.

Prosjektet har som mål å forbedre effektiviteten i produksjonsprosesser ved hjelp av mer nøyaktige temperaturmålinger. Det kan være flere fordeler ved en slik forbedring, for eksempel bedre energieffektivitet og dermed lavere utslipp, mindre slitasje på utstyr, og bedre produkter.

Termometre blir i mange sammenhenger utsatt for ekstreme temperatursvingninger, særlig i industrielle prosesser hvor man kan ha behov for temperaturer på over 1500 °C. Dette sliter på termometrene, som etter hvert kan gi store målefeil.
I samarbeid med det tyske nasjonale laboratoriet PTB, forskningsstiftelsen IPHT i Jena, og Elkem, har Justervesenet arbeidet med en temperaturføler basert på en optisk fiber av safir. Med et smeltepunkt på over 2000 grader og god mekanisk stivhet er safir lovende for bruk ved høye temperaturer. I prosjektet brukte man såkalte Bragg-gittere i safirfiberen, som endrer refleksjonsegenskaper i takt med temperaturen på en måte man enkelt kan måle.

Signalet fra safirfiberen inneholder imidlertid mer informasjon.
-Det at man får flere datakilder å tolke, kan gi et mer pålitelig resultat. Dypt nede i ovnen oppstår det termisk stråling i form av lys, (illustrert ved bildet over), med en intensitet og karakteristikk som er avhengig av temperaturen. Lyset ledes av fiberen ut til lysdetektoren. Justervesenets rolle var å tolke denne strålingen for å se om vi kunne bruke dette som en ekstra informasjonskilde i et oppsett for å gjøre verdiene mer robuste, samt eventuelt detektere driftsproblematikk. Selv om det er for tidlig å konkludere med noe, ser målingene lovende ut, sier senioringeniør i Justervesenet, Åge A. F. Olsen.

Illustrasjon (dimensjoner i mm) av sensortuppen og dens elementer, inkludert termoelement type B og safir-fiber.

Sensoren ble prøvd ut i en prosess hos Elkem/Rec Solar i Kristiansand, der man fjerner urenheter i silisium gjennom en kontrollert størkning. Prosessen går over omlag et døgn og involverer oppvarming til nesten 1600 °C. Utprøvingen foregikk over 21 døgn.

Artikkelen skrevet av medlemmene i prosjektet, kan du lese her: https://www.mdpi.com/1424-8220/22/3/1034/htm