Drucksensorik

Faseroptische Drucksensorik: Exakte Druckmessung in Echtzeit für extreme
Bedingungen und anspruchsvolle Anwendungen.

Faseroptische Drucksensoren haben ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit in den rauesten Umgebungen bewiesen. FBGS baut Drucksensoren mit einzigartigen Messfähigkeiten, die die Querempfindlichkeit über weite Temperatur- und Druckbereiche eliminieren. Das Sensorsystem misst simultan Druck und Temperatur mit einer herausragenden Stabilität unter Schock- und Vibrationsbedingungen.

Faseroptische Drucksensorik als
schlüsselfertige Lösung.

Der faseroptische Drucksensor ist ein hydrostatischer Druck-/Temperatursensor für den mittleren Bereich, der gleichzeitig zwischen 0 – 150°C und 0 – 700 bar überwacht. Sein Kern besteht aus einem Faser-Bragg-Gitter in einem epoxidfreien monolithischen Siliziumdioxid-Wandler, wobei Wandler und Wellenleiterelement im selben Material enthalten sind. Das spezielle, zum Patent angemeldete, robuste Gehäuse ist so konzipiert, dass es extremen Bedingungen standhält und sowohl Hitze als auch Vibrationen widersteht. Das Innere des Gehäuses enthält eine nicht-aggressive Flüssigkeit und steht mit der korrosiven Bohrlochflüssigkeit über einen speziellen Druckübertragungsmechanismus in Verbindung, der den äußeren Bohrlochdruck mit der internen Flüssigkeit im Gehäuse verbindet.

Bei einer Druckänderung wird die Wellenlänge des reflektierten Lichts durch die Änderung der Faserdoppelbrechung beeinflusst. Dieser Druckmessmechanismus weist eine äußerst geringe Korrelation mit dem Einfluss der Temperatur auf.

Darüber hinaus ermöglicht die Lösung eine Multiplex-Druckmessung, z. B. entlang von Bohrlöchern und Pipelines für die Öl- und Gasexploration und den Transport.

Spezialthema Querempfindlichkeit

Die faseroptische Druckmessung von FBGS zeichnet sich durch eine extrem geringe Querempfindlichkeit zwischen Temperatur und Druck aus. Diese Eigenschaft macht den Sensor ideal geeignet für Anwendungen in Umgebungen, in denen starke Druck- oder Temperaturschwankungen zu erwarten sind.

Systemeigenschaften

∙ Schlüsselfertiges faseroptisches Drucksensorsystem (Sensor, Messsystem, Software)
∙ Entkopplung zwischen Druck und Temperatur: keine Querempfindlichkeit
∙ Perfekte Druckmessung in einer Umgebung mit Temperaturtransienten: kein Drift der Kalibrierung durch schnelle Temperaturtransienten im Messbereich von 0 – 700 bar
∙ Einfache Integration in bestehende Systeme
∙ Auf Kundenbedürfnisse zugeschnittene Lösung
∙ Miniaturisierte Größe
∙ Widerstandsfähig gegen Schock und Vibration unter Öl- und Gasbedingungen und in rauen Umgebungen
∙ Ausgezeichnete Druckstabilität unter Temperaturschock
∙ Schnelle Reaktionszeit von weniger als einer Sekunde

Anwendungsbereiche

Die faseroptische Druckmessung ist ideal für Anwendungen in anspruchsvollen Umgebungen, in denen große Druck- oder Temperaturschwankungen zu erwarten sind. Die Lösung findet ihren Weg am besten in Energieanwendungen. Die Öl- und Gasindustrie nutzt die Lösung wegen ihrer besonders geringen Querempfindlichkeit zwischen Temperatur und Druck. Ebenso wie die Prozessindustrie schätzt sie den Einsatz in rauen Umgebungen, wobei die Datenerfassung und -verarbeitung ferngesteuert in einem Kontrollraum erfolgen kann.

Beispiele zum Einsatz faseroptischer Drucksensoren sind:

Energie
∙ Öl und Gas: Bohrlochprotokollierung, Messung der Umgebung im Bohrloch, Offshore-Downhole
∙ Temperatur- und Drucküberwachung in Gaskammern, insbesondere bei Druckbeaufschlagung oder Druckentlastung
∙ Überwachung von Pipelines und Reaktoren

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Drucksensorik | FAQ

Warum ist die faseroptische Druckmessung für Öl- und Gasanwendungen besonders geeignet?
Die Öl- und Gasindustrie kann als eine der schwierigsten Umgebungen auf der Erde betrachtet werden. Während der Temperatur- und Druckbereich leicht auf mehrere hundert Grad Celsius und Bar ansteigt und schnelle Temperaturänderungen auftreten, überwindet die faseroptische Druckmessung diese Schwierigkeiten mit ihrem einzigartigen Messprinzip, um genaue Temperatur- und Druckmessungen zu ermöglichen.
Wie / warum kann FBGS eine komplette, schlüsselfertige Druckmesslösung liefern?
Mit mehr als einem Jahrzehnt Erfahrung in den Bereichen Faseroptik, Gitter und Messgeräte kombiniert FBGS sowohl Technologie als auch Anwendungs-Know-how, um komplette Sensorlösungen zu entwickeln. Die FBG-Scan-Einheit, ein auf einem Spektrometer basierendes FBG-Gerät, zeichnet sich durch eine polarisationsunempfindliche Messung (Breitbandlichtquelle mit niedrigem DOP) und eine hohe Abtastfrequenz (bis zu 2 KHz) aus. Dieses Abfragegerät passt perfekt zum Drucksensor MPT-01, da sowohl die Temperatur als auch der Druck gleichzeitig erfasst und berechnet werden müssen. FBGS ist in der Lage, Sie vom Drucksensor und seiner geeigneten Verpackung bis hin zu seinem Messgerät und der benutzerfreundlichen Ausleseschnittstelle zu beliefern. Darüber hinaus investieren wir in Forschung und Entwicklung, um unser Sensorsystem ständig zu verbessern und es an die spezifischen Anforderungen der Öl- und Gasindustrie anzupassen.
Wie kann ich sicher sein, dass die niedrige Druck-/Temperatur-Kreuzsensitivität tatsächlich gegeben ist?
Dank des einzigartigen Messprinzips des Sensors werden Temperatur und Druck in unterschiedliche Reaktionen auf seine Bragg-Wellenlängenänderungen umgewandelt. Eine Reihe von Verifizierungstests zu diesem Thema wurde ebenfalls vorgestellt, um die hervorragende Leistung des Sensors in Bezug auf Querempfindlichkeit zu präsentieren. Diese Ergebnisse sind auch in mehreren Veröffentlichungen zu finden.
Warum ist das Gehäuse so besonders?
Der Drucksensor besteht aus zwei Hauptteilen: dem primären Gehäuse, in dem sich die faseroptische Messzelle befindet, und dem sekundären Gehäuse, welches nicht nur zusätzlichen Schutz in rauen Umgebungen bietet, sondern auch die Druckübertragung in die Messzelle ermöglicht. Das Design des Sekundärgehäuses kann so gestaltet werden, dass es mit verschiedenen Anwendungen kompatibel ist. Das Gehäuse bietet einen robusten mechanischen Schutz und hält gleichzeitig korrosive Materialien von der Messzelle fern, z. B. in Bohrlochumgebungen. Obwohl es ausreichend Schutz bietet, verzögert das Sensorsystem nicht die Druckansprechzeit.
Wie kann die FBGS-Druckmesslösung eine Ansprechzeit von etwa einer Sekunde erreichen?
Der Druckübertragungsmechanismus basiert auf einem Sintermetallfilter. Dieser Filter isoliert das korrosive Material im Bohrloch, wirkt aber als transparentes Material für die Druckübertragung. Wir haben die Druckansprechzeiten überprüft, und das Ergebnis hat gezeigt, dass die Reaktion innerhalb der Abtastrate des FBG-Abfragesystems fast sofort erfolgt.
Wird das Druckmesssystem Stöße und Vibrationen überstehen und weiterhin ordnungsgemäß funktionieren?
Die FBGS-Druckmesslösung wurde vor dem Einsatz in einem Offshore-Bohrloch einem für Öl und Gas geeigneten Vibrations- und Schocktest (NAVMAT9492) unterzogen. Dabei wurde die Integrität des Sensorelements und der Verpackung in Bezug auf die Hauptrichtungen des Sensors eingehend geprüft. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass sich der Sensor während der Tests mit einem begrenzten Druckfehler funktionell verhält. Außerdem wurde eine identische Messleistung erzielt, was darauf hindeutet, dass der Drucksensor in der Lage ist, Temperatur und Druck unter Schock- und Vibrationsbedingungen zu messen.
Wie funktioniert die faseroptische Druckmessung?
Die faseroptische Druckmessung basiert auf einem einzigen Gitter in einer stark doppelbrechenden Faser. Aufgrund der hohen Doppelbrechung sind zwei Bragg-Peaks zu erkennen, die der langsamen und der schnellen Achse der Faser entsprechen. Das Prinzip des Drucksensors beruht auf der asymmetrischen Konzentration des hydrostatischen Drucks im optischen Kern, in welchem das Gitter eingeschrieben ist. Dies führt zu einer Änderung der Faserdoppelbrechung, die an der differentiellen Wellenlängenverschiebung zu erkennen ist. Da die Überwachung sowohl der Temperatur als auch des Drucks durch unterschiedliche Mechanismen erfolgt, ist die Querempfindlichkeit zwischen diesen beiden Parametern äußerst gering.