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浅论温度传感器的选用(一)
日期:2020-05-10????来源:Admin5????操作:返回列表

测温控制仪表系统中的温度传感器在各类需要温控介质的测温过程中起着非常重要的角色和作用。它已广泛的被应用于工业生产中的各个领域,如火电厂、核电厂、冶金、石油、化工、

测温控制仪表系统中的温度传感器在各类需要温控介质的测温过程中起着非常重要的角色和作用。它已广泛的被应用于工业生产中的各个领域,如火电厂、核电厂、冶金、石油、化工、轨道交通、造纸、塑料制品、食品加工、科研领域等,尤其是在火电厂、核电厂、线缆行业的挤塑、挤橡、等相关设备的加热系统中是不可缺少的重要部件之一。在电厂的发电过程中、在产品的生产或试验过程中,温控仪表系统对设备加热系统的温度控制,对工艺参数的正确执行,保证发电设备的正常高效运转、保证产品的高效高质量的生产,以及保证试验结果的准确性,都具有非常重要的作用。涉及到温度传感器的选型是否正确合理,将直接对被测介质温度的准确性、测量介质温度所达到精度的长期稳定性、使用过程中的安全可靠性、被测介质温度变化的反应灵敏度、使用寿命、安装、温度传感器使用方便与否、以及温度传感器的性价比等都有着重要的影响作用,本文就被测介质温度的工况条件如何选用温度传感器作一浅论。 
在现有的测温控制仪表系统中的温度传感器最常用的是热电偶、热电阻。因热电偶、热电阻结构简单,往往被误认为:“热电偶两根线,热电阻一根丝,只要接上就完事”,其实并非如此。热电偶、热电阻的结构虽然简单,但在选型和使用中仍然会出现许多问题,例如:发电厂的主蒸汽管道上高温高压测温热电偶如选用不当,将会造成测温不准确,影响发电效率;在温度传感器的?;ぬ坠苌涎∮貌坏?,甚至会引起较大的安全事故?;蛘咴谘⌒褪?,若对被测介质的物理、化学特性、工况条件不了解或掌握情况不多,就无法正确选型。如在渗碳等还原性的介质气氛中,如果不注意?;?,热电偶偶丝也会因化学变化而电势变异导致超差,使得热电偶的测温精度不准确。为了正确选型温度传感器,所以我们应考虑以下几个方面的问题。
一. 温度传感器的基本结构及其作用
温度传感器主要有三个部件:感温元件部件、?;ぬ坠懿考徒酉吆胁考?。感温元件部份是测量温度的关键性部件,其测温精度、测温范围、稳定性、热响应时间等是重要的几个参数指标,是在选型中主要考虑的问题。?;ぬ坠懿考闹饕饔?,第一是为测温元件提供稳定的测温环境,第二是?;げ馕略庠舛窳庸た鼋橹实钠苹?,第三是保证测温元件各项测温指标的正确性,第四是决定温度仪表在设备上如何安装。接线盒部件是测温电信号输出装置,如何正确选用接线盒:第一要考虑电信号输出地点的环境,第二要考虑电信号输出的方式、第三要考虑电信号如何到达测温控制仪表系统。
二. 测温介质的工况及控温要求
在选用温度传感器仪表前应深入了解设备运转的工艺过程,掌握工艺对温度传感器提出的要求:被测的温度范围及变化的快慢:被测对象的物理和化学性质。如腐蚀性、氧化性;是否易燃、易爆、有毒等;被测对象是静止还是运动的,是气态还是固态的温度,是点温还是平均温度等;仪表安装现场的环境温度、湿度、电磁场、振动等。而且各工业部门被测量对象及环境条件也是不同的,对温度仪表的测温要求也不同。
在冶金工业:钢铁工业被测量对象的特点是温度高,例如钢水的温度高达1600~1700℃;现场的环境条件也是温度高,例如钢锭、钢板加热炉周围的环境温度高达100℃以上。冶金工业还包括有色金属的冶炼,它除了高温外,还有金属的腐蚀,以及环境中的尘埃和水汽等。由于氧化炼钢的日益发展,制氧设备还有测量低温—200℃的要求。
在电力工业:火力发电中随着大机组汽轮发电机制造成功,对于主蒸汽管道温度的测量提出更高的要求,例如30万千瓦、100万千瓦汽轮发电机组的主蒸汽管道的压力将分别达17MPa和40MPa,过热蒸汽的流速可达60米/秒,同时也要求测量精度高和热响应时间快。在原子能发电站中,由于中子的撞击,对于某些热电偶材料将造成嬗变而引起其热电势特性的变化,在沿海地区的发电厂要使用耐腐性能好的温度传感器?;す?。
在石油和化学工业:石油化工部门对于热电偶和热电阻的使用环境来说是有代表性的。其温度测量范围很宽,从低温(-200℃左右)到高温(+1300℃左右);被测量的介质有固体、液体和气体,其特性有酸性、中性、碱性,以及易燃和易爆;其环境条件有露天和具有腐蚀性气氛。因此要求热电偶和热电阻的结构及材料应能适应上述的条件。
在机械工业:机械工业的温度测量主要是在材料的热处理方面应用,例如退火、淬火等。温度测量范围通常是在1300℃以下,但被测量的介质往往具有很大的腐蚀性。
三.按工况条件选用温度传感器元件
1. 热电偶和热电阻的常用选型:工业生产中普遍使用的热电偶型号有B、S、K、E型和热电阻型号有PT100、Cu50等几种温度传感器元件。它们的各性能比较及应用领域:
 
热电偶
测温元件 测温范围℃ 测温精度 应用领域
K 0~1100(1300) Ⅰ级(±1.5℃或±0.4%|t|)
Ⅱ级(±2.5℃或±0.75%|t|)
可以直接测量各种生产过程中从0℃~1300℃范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体的表面温度。
E 0~600(750) Ⅰ级(±1.5℃或±0.4%|t|)
Ⅱ级(±2.5℃或±0.75%|t|)
可以直接测量各种生产过程中从0℃~750℃范围内的液体、蒸汽和气体介质及固体的表面温度。600℃以下的测温特性优于K型。
B 0~1600(1800) ±1.5℃或±0.0025|t| 主要用于氧化性气氛中高温段(500℃~1600℃)的温度测量,在真空中可短期使用。
S 0~1300(1600) ±1.5℃或±0.0025|t| 主要用于氧化性气氛中高温段(500℃~1300℃)的温度测量,在真空中可短期使用。
热电阻
测温元件 测温范围℃ 测温精度 应用领域
Pt100 -200~420(500) A级:±(0.15+0.002|t|)
B级:±(0.30+0.005|t|)
可以直接测量各种生产过程中从-200℃至420℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度
 
Cu50
 
-50~100(150)
±(0.3+0.006|t|) 可以直接测量各种生产过程中控温精度不高的从-50℃至100℃范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面温度
注:测温范围℃,仅对热电偶丝材及热电阻元件而言,不同的套管材质,结构和使用场合,实际使用温度各有不同,括号内的温度值为短期使用温度。
2. 应该选择与测量仪表分度号相同的测温元件。在满足工艺规程要求的情况下,同时使用多台测温仪表,应尽可能选择分度号相同的测温元件,以防止由于人为的原因造成不同分度号的热电偶与测量仪表混用,出现质量事故。
3.测温元件插入深度:热电偶插入被测场所时,沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之,由热传导而引起的误差,与插入深度有关。而插入深度又与?;す懿闹始肮芫队泄?。金属?;す芤蚱涞既刃阅芎?,其插入深度应该深一些(约为直径的15~20倍),陶瓷材料绝热性能好,可插入浅一些,具体数值应由试验确定,最少不小于热电偶?;す芡饩兜?0倍。为了防止热损失,热电偶?;す苈对谏璞竿獠恳】赡芏?,并加保温层。
4.热响应时间的影响:接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此,在测温时需要保持一定时间,才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短,同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量元件,不同的结构差别极大。对于气体介质,尤其是静止气体,至少应保持30min以上才能达到平衡;对于液体而言,最快也要在5min以上。对于温度不断变化的被测场所,尤其是瞬间变化过程,全过程仅1s,则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此,普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后,而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除受?;す苡跋焱?,热电偶的测量端直径也是其主要因素,即偶丝越细,测量端直径越小,其热响应时间越短(即测量端热容量愈小,热响应时间越快)。
5.温度传感器的安装位置:温度传感器的测量端应处于能够真正代表被测介质温度的位置。在容器或箱体内安装温度传感器时,如果条件允许,应使?;す苣┒司】赡芸拷渲行奈恢?;在管道上安装温度传感器时,应使?;す苣┒顺艿乐行南咴迹?~10)mm。

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