Was geschieht während des Erhitzens, wenn der CTE-Unterschied zwischen dem Stahlrohr und der Glasfaser zu groß ist?
Wenn der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen dem Stahlrohr und der Glasfaser beim Erhitzen zu groß ist, können mehrere kritische Probleme auftreten, die hauptsächlich die Leistung und Lebensdauer des faseroptischen Sensors oder Kabels beeinträchtigen:
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Beanspruchung der Glasfaser: Wenn die Temperatur steigt, dehnen sich das Stahlrohr und die Glasfaser unterschiedlich schnell aus. Wenn das Stahlrohr einen signifikant höheren CTE als die Faser aufweist, dehnt es sich stärker aus, was die Glasfaser unter Zugspannung setzt. Umgekehrt, wenn die Faser einen höheren CTE hat (was bei dieser spezifischen Materialkombination weniger üblich ist), würde sie komprimiert werden. Übermäßige Beanspruchung kann zu Folgendem führen:
- Beschädigung/Bruch der Faser: Jenseits der elastischen Grenze kann die Faser mikroskopische Schäden oder sogar makroskopische Brüche erleiden, insbesondere wenn sie wiederholten thermischen Zyklen ausgesetzt ist.
- Signalverlust: Die Beanspruchung der Faser kann Mikrobögen oder Makrobögen induzieren, die zu erhöhter optischer Dämpfung und Signalverlust führen.
- Messfehler (bei Sensoren): Bei Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensoren beeinflusst die Dehnung direkt die Bragg-Wellenlänge. Eine unkontrollierte und inkonsistente Dehnung, die durch den CTE-Mismatch induziert wird, führt zu erheblichen Fehlern bei der Temperatur- oder Dehnungsmessung, wodurch der Sensor unzuverlässig wird.
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Delamination/Versagen der Verkapselung: Die differentielle Ausdehnung kann die Grenzfläche zwischen der Faser und der Innenfläche des Rohrs belasten. Dies kann zur Delamination von internen Beschichtungen oder Klebstoffen führen oder sogar zu physischen Schäden am Rohr selbst, wenn die Kräfte erheblich genug sind und das Rohrmaterial nicht duktil ist.
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Hysterese und Drift: Aufgrund von Reibung und plastischer Verformung ist die durch den CTE-Mismatch induzierte Dehnung beim Abkühlen möglicherweise nicht vollständig reversibel, was zu Hysterese bei den Sensorablesungen und zu einer langfristigen Kalibrierungsdrift führt.
Um diese Probleme zu mindern, verwendet OFSCN spezielle Verpackungstechniken und Materialien, wie unsere Sensoren mit Metalllegierungsrohrverkapselung, die entwickelt wurden, um die Auswirkungen des CTE-Mismatches in Umgebungen mit hohen Temperaturen zu minimieren.
Für Anwendungen, die eine robuste Leistung unter herausfordernden Temperaturbedingungen erfordern, finden Sie möglicherweise das folgende Produkt relevant:
OFSCN® Faser-Bragg-Gitter-Dehnungssensor mit Legierungsrohrverpackung
Es ist mit Materialien und Strukturen konzipiert, um einen stabilen Betrieb über weite Temperaturbereiche zu gewährleisten.
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