레이저 및 적색광을 발광하는 광전자 센서는 모든 자동화 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 일반적으로 센서가 적절하게 작동하려면 깨끗하고 먼지가 없는 건조한 환경이 필수입니다. 하지만 대부분의 오염되고 거친 환경에서는 광학 센서를 가장 많이 선택합니다. 제철소의 원료 철강 생산에서 금속가공공정의 주물(Casting) 및 열간압연(Hot-rolling)에 이르기까지. 앞에서 언급한 요소 외에도 철강 및 금속 생산 공정에는 극한의 열이 존재합니다.
다기능 광학 센서
다른 작동 원리와 비교하여 광전자 센서의 뛰어난 기능 중 하나는 긴 감지 거리입니다. 또한 재질에 상관없이 물체를 감지합니다. 유도 센서는 보통 짧은 거리에서 작동하며 금속 재료를 감지하기에 적합합니다. 정전용량센서는 더 먼 거리에서 다양한 재질의 물체를 인식하지만 액체나 수분과 같은 잔여물의 간섭에 꽤 쉽게 방해 받을 수 있습니다. 표준 정전용량 센서는 손가락 터치만으로 활성화 할 수 있습니다.
센서는 다양한 어플리케이션에 사용되지만 광학 센서는 안전 관련 기능에도 활용됩니다.
높은 주변 온도에서도 센서 작동
대부분의 강철 제조 공정은 고온 환경에서 이루어집니다. 액체 형태의 강철과 철의 온도는 1400°C (2552°F) 사이에서 1536°C (2797°F)까지 올라갑니다. 연속 주조 및 열간 압연 공정에서 재료의 온도는 650°C (1202°F) 에서 최대 1250°C (2282°F)까지 올라갑니다 . 이는 육안으로 확인할 수 있으며 스틸 칼라 차트로 온도를 알 수 있습니다.
보통 광전 센서는 55~60°C(131-140°F)의 주변 온도에서 작동합니다. 최대 온도는 레이저 다이오드와 같은 광학 센서의 구성 부품의 사양에 의해 대부분 제한됩니다. 광전 센서를 거친 환경에서 작동시키는 것을 권장하지 않는다고 내용이 전개될 것으로 예상하시겠지만 이번 블로그 포스트에서는 열악한 환경에서도 광학 센서를 안정적으로 사용할 수 있는 몇 가지 방법을 소개해 드리겠습니다!
붉게 달궈진 금속 감지
먼저 감지하려는 대상의 재료온도가 600~700°C 여야 합니다. 붉게 달궈진 또는 온도가 700 °C (1292°F)를 초과하는 하얗게 빛이 나는 강철 부분을 감지하려는 경우 표준 레이저나 적색 광센서로는 불가능합니다. 붉게 달궈진 강철에서 동일한 파장으로 빛을 방출하면 이를 광전 센서로 사용합니다. 이는 센서 기능을 방해할 수 있습니다.
이러한 어플리케이션에서는 적원선을 기반으로 작동하는 센서를 사용해야 합니다. 고온계나 적외선 온도 센서는 다음 블로그 포스트에서 소개해 드리겠습니다.
열악한 사용 조건에서 광학 전자 센서를 안정적으로 작동하려면 어떻게 해야 할까요?
극도로 거친 조건에서 광전자 센서의 안정성과 수명을 보장하는 여러 가지 방법이 있습니다:
- 대상 물체와의 거리를 더 늘림
- 정기적인 세척
- 광학 유리 섬유 사용
- 센서 냉각
- 센서의 기계적 보호
광전자 센서의 주요 장점 중 하나는 긴 감지 범위인데 이 덕분에 대상 물체로부터 일정한 거리에 센서를 설치할 수 있습니다. 이렇게 하면 감지된 물체에서 방출되는 열의 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 때때로 원격으로 장착을 하면 실온에서 센서를 작동 시킬 수 있습니다. 하지만 제철소에서 열이 많이 나는 지역의 주변 온도는 최대 50°C (122°F)까지 올라갈 수 있습니다.
If you intend to detect quite small objects with high precision, the maximum distance for the installation might be limited. For this purpose chemical resistant glass fibers are suitable and can handle temperatures up to 250°C (482°F). These pre-fabricated fiber optic assemblies can be easily attached to the sensor. The sensor itself can be mounted on a cooler and protected place. 상당히 작은 물체를 높은 정밀도로 감지하려는 경우 최대 설치 가능한 거리가 제한될 수 있습니다. 이러한 용도에는 내화학성 유리섬유가 적합하며 최대 250°C (482°F) 까지 견딜 수 있습니다. 이렇게 사전에 제작된 광섬유 어셈블리는 센서에 쉽게 부착할 수 있습니다. 센서 자체를 냉각기나 보호 구역에 마운팅할 수 있습니다.
광전자 센서 냉각
제철 공정에서 센서를 물로 냉각 시키는 것은 위험할 수 있습니다. 공기 순환 및 냉각수 기기 설치 비용 외에도 안정성이 고려되어야 합니다. 물로 센서를 냉각하는 보호 하우징 타입은 내장형 센서에 비해 비싸고 부피가 큽니다. 물 호스 파열로 인해 누수가 발생하거나 물이 뿜어져 나오면 위험할 수 있습니다.
따라서 사용 장소를 자세히 살펴 본 후에 다음 질문에 대답해 보면서 광전 센서를 설치하는 것을 추천 드립니다.
- 고온 물체와 센서 까지의 실제 가능한 범위는 어느 정도입니까?
- 이 위치의 최대 온도는 몇도입니까?
- 정상 작동 중에 최대 몇도 까지 견딜 수 있습니까?
평강(Flat steel) 열간압연
제철소의 여러 공정 위치에서 일시적으로 뜨거운 열에 직면합니다. 열간 압연 밀에서 강판은 다단계 마감 밀 스탠드가 최종 두께로 진행하기 전에 더 거친 밀을 여러 번 거칩니다. 그 후 금속 스트립은 코일러로 들어가 마무리됩니다.
이 공정은 순서대로 실행되며 빨갛게 달궈진 금속은 각 생산 단계에서 시간이 제한됩니다. 새 강판이 재가열 퍼니스에서 나올 때까지 온도는 다시 정상화됩니다.
표준 센서는 잘 작동합니다. 하지만 어떠한 이유로 생산이 중단되면 공정도 멈춥니다. 이러한 경우 뜨거운 재료가 센서 앞에 잠시 멈춥니다. 일시적인 과열로 인해, 센서는 아래 그림과 같이 파손됩니다.
보호 하우징 액세서리
일시적인 과열로부터 광전자 센서를 보호하기 위하여 이 범용 보호 인클로저를 개발했습니다.
내열성 케이블 보호 튜브를 장착하면 케이블을 보호할 수 있습니다. 이 보호 튜브는 케이블 글랜드에 직접 부착할 수 있습니다.
다이 캐스트 알류미늄으로 제작된 보호형 센서 하우징은 센서를 보호하는 역할을 합니다. 대부분의 센서 하우징은 플라스틱 하우징입니다. 하우징의 센서 창은 유리 또는 PMMA로 구성되어 있습니다. 또한 이 하우징은 열 보호 기능도 있습니다.
추가 냉각 없이 열로 부터 보호
센서 하우징을 160°C 온도에 노출시켰습니다. 모든 방향에서 온도가 가해지는 오븐에서 검사가 이루어졌습니다. 많은 실제 적용 사례에서 온도는 한 방향에서만 센서 위치에 영향을 미칩니다.
하우징 내부를 냉각하지 않으면 약 4-5분 만에 온도가 60°C 까지 올라갔습니다. 상당히 짧은 시간 안에 지정된 최대 작동 온도에 도달했습니다. 열의 영향을 오랜 시간 동안 받는 것을 고려해야 한다면 추가로 냉각 기능을 사용하는 것을 추천합니다.
공기나 물을 사용한 냉각
공기로 하우징 내부를 1분에 최대 35l까지 채운 첫번째 검사에서는 약 5k (실내 온도23°C)까지 온도를 내릴 수 있었습니다. 이 실험에 비추어, 공기를 사용한 냉각은 추천하지 않습니다. 하우징 바깥에 사전에 지정된 지점에서 압축 공기를 분사할 수도 있지만, 온도 하강에는 큰 효과가 없습니다. 공기 정압은 IP 보호 등급을 개선할 수 있습니다. 하우징 내부 압력으로 수분이나 액체가 내부로 들어올 수 없습니다.
하우징 하단부에 냉각 채널 공간으로 사용할 수 있습니다. 여기에는 냉각수를 연결할 수 있습니다.
다른 실험 결과, 1분에 2L의 물과 수온 8°C (일반 물 뚜껑)으로 하우징 내부 온도를 100K 로 내리는 것이 가능한 것으로 나왔습니다.
표준 센서는 이렇게 적은 양의 물을 사용하여 최대 160°C의 주변 온도에서 지속적으로 작동할 수 있습니다. 일시적인 과열(예: 기계 고장 중)인 경우 냉각제를 사용하면 센서 온도를 안정화할 수 있고 온도가 줄어들 수도 있습니다.
하우징 온도가 160°C 인 경우, 15분 안에 60°C로 센서를 냉각할 수 있습니다. (8°C 수온, 2l/min 유량). 기본적으로, 긴급 상황에서 센서만을 보호하려면 물을 사용한 냉각만으로도 충분합니다.
보호 하우징의 주요 기능:
- 열, 먼지 및 습기로부터 보호
- IP67 보호 등급 (케이블 보호 튜브 IP69K)
- 고내구성 다이캐스트 알루미늄 하우징
- 유리 또는 PMMA 센서 스크린 (스페어 파트로 사용 가능한 전면 스크린)
- 먼지를 차단하는 송풍기 (옵션)
- 쉽고 신속한 마운팅 및 교체 가능
- 보호형 튜브를 위한 케이블 글랜드
- 냉각수 - 옵션 (160°C/320°F까지 지속)
- ATEX 승인을 받은 유리 옵션 (Zone 22)
- 2 가지 사이즈 (BOS/BOD23K & BOS50K)
발루프의 센서 보호형 하우징 제품군
