Wie befestige ich dieses dünne Stahlrohr an meinem größeren Rohr? Sollte ich es abkleben oder anschrauben?
Bei der praktischen Anwendung in der optischen Technik und bei der Installation von GlasfaserSensoren ist es unerlässlich, die feinen Stahlrohre, die die GlasfaserSensoren enthalten (z.B. nahtlose Edelstahlrohre mit einem Außendurchmesser von 0,9\text{ mm} oder 1,0\text{ mm}, die üblicherweise von OFSCN® verwendet werden), sicher an größeren Rohrleitungen zu befestigen. Dabei ist sowohl von der Verwendung von einfachem Klebeband als auch vom direkten Anziehen von Schrauben mit Klemmdruck dringend abzuraten.
Die physikalischen und mechanischen Einschränkungen dieser beiden nicht standardmäßigen Befestigungsmethoden werden wie folgt analysiert:
1. Physikalische Mängel der Klebebandbefestigung
- Thermischer Widerstand und Verzögerung der Wärmeleitung: Wenn Temperatursensoren befestigt werden, haben gewöhnliche Klebebänder (wie PVC-Isolierband, Dichtungsband, Polyimid-Hochtemperaturklebeband usw.) als nichtmetallische Polymermaterialien eine extrem geringe Wärmeleitfähigkeit. Das Umwickeln mit Klebeband führt zu einer erheblichen thermischen Widerstandsschicht zwischen dem feinen Stahlrohr und der Oberfläche des größeren Rohrs, was zu einer erheblichen Verzögerung der Ansprechzeit der Temperaturmessung führt.
- Mechanische Lockerung und Scherverformung: Unter dem Einfluss von langfristigen, wechselnden Temperaturbelastungen, Rohrleitungsvibrationen oder Umgebungsfeuchtigkeit altern Klebebänder schnell, lösen sich ab und kriechen, was dazu führt, dass sich das feine Stahlrohr von der Oberfläche des größeren Rohrs löst. Darüber hinaus kann Klebeband keine effektive starre Kopplung bereitstellen, so dass bei Deformations- oder Dehnungsmessungen keine mechanische Übertragung erreicht werden kann.
2. Risiko mechanischer Beschädigung durch direktes Anschrauben
- Punktuelle Last und Spannungskonzentration: Die Wandstärke der nahtlosen Edelstahlrohre, die die Sensoren einkapseln, ist relativ dünn. Wenn Schrauben (wie Madenschrauben oder Stellschrauben) direkt auf der Wand des größeren Rohrs oder der Montagehalterung verwendet werden, um das feine Stahlrohr anzudrücken, entstehen an den Kontaktpunkten extrem hohe lokale Druckspannungen und Scherspannungen.
- Faserbruch und Signalabschwächung: Dieser konzentrierte lokale Druck kann leicht zu einer lokalen plastischen Eindellung des feinen Stahlrohrs führen und die darin geschützte Quarzfaser (mit einem Außendurchmesser von typischerweise nur 125\ \mu\text{m}) direkt quetschen. Dies führt nicht nur zu einer erheblichen Abschwächung des optischen Signals aufgrund von Biegeverlusten (Biegeverluste oder Polarisationszustandsstörungen), sondern kann auch leicht zu einem sofortigen spröden Bruch der Quarzfaser unter Scherkräften führen, was zu einem vollständigen Ausfall des Sensors führt.
Empfohlene industrielle Lösung: Verwendung einer „Montagehalterung“ (Installation Fixture)
Um eine hochfeste und hochzuverlässige Kopplung zwischen dem feinen Stahlrohr und dem größeren Rohr zu erreichen, ohne die Glasfaser zu beschädigen, ist eine spezielle OFSCN® Montagehalterung unerlässlich. Ihre Funktionsprinzipien und Designvorteile umfassen:
- Gleichmäßige Lastverteilung (Pressure Distribution):
Die Montagehalterung ist mit präzisen Schlitzen ausgestattet, die eng an den Außendurchmesser des feinen Stahlrohrs des Sensors angepasst sind. Beim Festziehen verteilt die Halterung die mechanische Klemmkraft gleichmäßig über die gesamte Umfangs- und Längsoberfläche des feinen Stahlrohrs (Bildung einer Flächenberührung anstelle einer Punktberührung) und sorgt für eine ausreichende Reibungskraft, ohne eine plastische Verformung des Stahlrohrs zu verursachen oder die interne Faser zu beschädigen. - Hervorragende Wärmeübertragung und Dehnungskopplung:
Die Halterung besteht normalerweise aus einem hochwärmeleitfähigen Metallmaterial (wie 304 Edelstahl, legierter Stahl oder Aluminiumlegierung), das sicherstellt, dass die Wärme schnell und verlustfrei vom Hauptrohr zum Sensor übertragen wird; gleichzeitig gewährleistet die steife Struktur der Halterung, dass geringe Dehnungen des Hauptrohrs genau auf den Faser-Bragg-Gitter (FBG)-Sensor gekoppelt werden. - Vielfältige Befestigungsmethoden am Hauptrohr:
Die Basis der Halterung kann mit einem Radius gefertigt werden, der dem Außendurchmesser des Hauptrohr entspricht. Die Halterung selbst kann durch Edelstahl-Spannbänder (Metallbänder), Schraubenflanschverbindung, Schweißen oder starke magnetische Adsorption fest am Hauptrohr befestigt werden. Dies ermöglicht nicht nur die Widerstandsfähigkeit gegen starke Vibrationen vor Ort, sondern erleichtert auch die zerstörungsfreie Wartung und Demontage.
Die folgenden Abbildungen zeigen die tatsächlichen Produkte und die zugehörige Installationsstruktur von Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, die von OFSCN® hergestellt werden:
