Durante o aquecimento e resfriamento, a deformação do material de encapsulamento pode ser totalmente sincronizada?
Durante o ciclo de temperatura (aquecimento e resfriamento), a deformação do material de encapsulamento não pode ser completamente sincronizada.
Este fenômeno de deformação inconsistente e caminhos físicos não coincidentes durante as fases de aquecimento e resfriamento é conhecido na física e na engenharia de sensores como Efeito Histerético (Hysteresis Effect). Para sensores de fibra de rede de Bragg (FBG), este é o principal mecanismo físico que limita a repetibilidade de medição de alta precisão.
I. Raízes Físicas e Mecânicas da Deformação Incompatível
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Inércia Térmica (Thermal Inertia)
A condução de calor tem um atraso de tempo. Na fase de aquecimento, o invólucro externo primeiro aquece e expande, o calor é conduzido para dentro, e a temperatura interna da rede (FBG) está sempre atrasada em relação à externa; durante a fase de resfriamento, o invólucro externo primeiro esfria e contrai, e a temperatura interna da rede também está atrasada. Isso resulta em uma diferença de gradiente na distribuição do campo de temperatura formada dentro do sensor durante os processos de aquecimento e resfriamento, sob a mesma temperatura ambiente instantânea. -
Atraso de Cisalhamento Viscoelástico (Viscoelastic Shear Lag)
Se materiais poliméricos orgânicos (como resina epóxi, poliimida, etc.) são usados no encapsulamento ou adesão do sensor, eles exibem viscoelasticidade (Viscoelasticity) significativa. O alongamento e relaxamento de suas cadeias moleculares são não instantâneos e dependentes do tempo.
Particularmente quando a temperatura se aproxima ou excede sua temperatura de transição vítrea (T_g), as curvas de resposta de deformação do material durante os processos de aquecimento e resfriamento se separam severamente, introduzindo um atraso de fase significativo na transmissão mecânica. -
Incompatibilidade Extrema do Coeficiente de Expansão Térmica (CTE)
A diferença de CTE entre a fibra (material de sílica, CTE de aproximadamente 0.55 \times 10^{-6}\ /\ \text{K}), o tubo de proteção de aço (aço inoxidável, aproximadamente 16 \times 10^{-6}\ /\ \text{K}) e os materiais de adesão é enorme.
Durante o ciclo de temperatura, a interface heterogênea sofre alta densidade de tensões de cisalhamento alternadas. Se o processo de encapsulamento for inadequado e ocorrer uma deformação plástica mínima ou microdeslizamento na interface, a deformação não poderá ser totalmente restaurada ao longo do caminho original durante o resfriamento, manifestando-se como deformação mecânica dessincronizada.
II. Como a Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) Resolve e Suprime Tal Erro de Histerese?
Para reduzir a histerese causada por esta “dessincronização” ao limite, a Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) empregou otimizações de engenharia rigorosas na estrutura e no processo de encapsulamento do sensor:
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Encapsulamento Integrado Rígido e Sem Cola (Glue-free)
A cola é a principal causa da histerese por deformação viscoelástica. Os sensores de temperatura de fibra de rede de Bragg com temperatura de 300°C da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. OFSCN® 300°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor e 500°C OFSCN® 500°C Fiber Bragg Grating Temperature Sensor utilizam tecnologia de encaixe de tubo de aço metálico sem costura que não contém adesivos de resina, alcançando contato puramente mecânico e condução de calor sem obstáculos. Isso elimina fundamentalmente o comportamento de histerese causado pelo envelhecimento e fluência da cola. -
Design de Estrutura de Diâmetro Ultra Fino para Reduzir a Inércia Térmica
O diâmetro externo padrão dos sensores OFSCN® é de apenas 0.9\ \text{mm}, e pode ser personalizado para um limite de 0.5\ \text{mm}. O tamanho físico extremamente fino minimiza a resistência térmica, permitindo que o interior do sensor atinja o equilíbrio térmico em milissegundos, eliminando assim a deformação dessincronizada devido ao atraso na transferência do fluxo de calor. -
Calibração de Ajuste Não Linear de Alta Precisão
A calibração de saída de fábrica do sensor utiliza uma fórmula rigorosa de ajuste binomial (unidade da fórmula de calibração: ^\circ\text{C/pm}), que pode compensar com precisão o desvio de expansão térmica não linear entre o invólucro de proteção de metal e a fibra em diferentes intervalos de temperatura. Ao trabalhar em conjunto com o interrogador de fibra de rede de Bragg de alta resolução OFSCN® Fiber Bragg Grating Interrogator, pode garantir uma excelente repetibilidade do sistema.
A seguir estão algumas imagens de produtos clássicos da Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. que utilizam a tecnologia de encapsulamento em tubo de aço sem cola:
