阿特拉斯温度传感器的选择
首先,必须选择阿特拉斯传感器的结构,使敏感元件的规定的测量时间之内达到所测流体或被测表面的温度。温度传感器的输出仅仅是敏感元件的温度。实际上,要确保阿特拉斯传感器指示的温度即为所测对象的温度,常常是很困难的。
在大多数情况下,对温度传感器的选用,需考虑以下几个方面的问题:
(1) 被测对象的温度是否需记录、报警和自动控制,是否需要远距离测量和传送。
(2) 测温范围的大小和精度要求。
(3) 测温元件大小是否适当。
(4) 在被测对象温度随时间变化的场合,测温元件的滞后能否适应测温要求。
(5) 被测对象的环境条件对测温元件是否有损害。
(6) 价格如何,使用是否方便。
容器中的流体温度一般用热电偶或热电阻探头测量,但当整个系统的使用寿命比探头的预计使用寿命长得多时,或者预计会相当频繁地拆卸出探头以校准或维修却不能在容器上开口时,可在容器壁上安装永久性的热电偶套管。用热电偶套管会显著地延长测量的时间常数。当温度变化很慢而且热导误差很小时,热电偶套管不会影响测量的精确度,但如果温度变化很迅速,敏感元件跟踪不上温度的迅速变化,而且导热误差又可能增加时,测量精确度就会受到影响。因此要权衡考虑可维修性和测量精度这两个因素。
热电偶或热电阻探头的全部材料都应与可能和它们接触的流体适应。使用裸露元件探头时,必须考虑与所测流体接触的各部件材料(敏感元件、连接引线、支撑物、局部保护罩等)的适应性,使用热电偶套管时,只需要考虑套管的材料。
电阻式热敏元件在浸入液体及多数气体时,通常是密封的,至少要有涂层,裸露的电阻元件不能浸入导电或污染的流体中,当需要其快速响应时,可将它们用于干燥的空气和有限的几种气体及某些液体中。电阻元件如用在停滞的或慢速流动的流体中,通常需有某种壳体罩住以进行机械保护。
当管子、导管或容器不能开口或禁止开口,因而不能使用探头或热电偶套管时,可通过在外壁钳夹或固定一个表面温度传感器的方法进和测量。为了确保合理的测量精度,传感器必须与环境大气热隔离并与热辐射源隔离,而且必须通过传感器的适当设计与安装使壁对敏感元件的热传导达到到最佳状态。
所测的固体材料可以是金属的或非金属的,任何类型的表面阿特拉斯温度传感器都会在某种程度上改变被测物表面或表面下层的材料特性。因此,必须对传感器及其安装方法进行适当的选择以便将这种干扰减到最小程度。理想的传感器应该完全用与所测固体相同的材料制造并与材料形成一体,这样测量点或其周围的结构特征就不会以任何方式改变。可用的这类传感器有各种各样,其中包括电阻(薄膜热电阻、温度传感器)型,也包括薄膜和细导线型的热电偶。用可埋入的小传感器或带螺纹的镶嵌件进行表面玉的温度测量,应使埋入的传咸器或镶嵌件的外缘与所测材料的外表面平齐。镶嵌件的材料应与所测的材料相同,至少要非常相似。使用垫圈式传感器时,必须注意确保垫圈所能达到的温度尽可能接近欲测温度。
温度传感器的选择主要是根据测量范围。当测量范围预计在总量程之内,可选用铂电阻传感器。较窄的量程通常要求阿特拉斯传感器必须具有相当高的基本电阻,以便获得足够大的电阻变化。温度传感器所提供的足够大的电阻变化使得这些敏感元件非常适用于窄的测量范围。如果测量范围相当大时,热电偶更适用。最好将冰点也包括在此范围内,因为热电偶的分度表是以此温度为基准的。已知范围内的传感器线性也可作为选择传感器的附加条件。
响应时间通常用时间常数表示,它是选择传感器的另一个基本依据。当要监视贮槽中温度时,时间常数不那么重要。然而当使用过程中必须测量振动管中的温度时,时间常数就成为选择传感器的决定因素。珠型温度传感器和铠装露头型热电偶的时间常数相当小,而浸入式探头,特别是带有保护套管的热电偶,时间常数比较大。
动态温度的测量比较复杂,只有通过反复测试,尽量接近地模拟出传感器使用中经常发生的条件,才能获得传感器动态性能的合理近似。
接触式
接触式阿特拉斯温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触,又称温度计。
温度计通过传导或对流达到热平衡,从而使温度计的示值能直接表示被测对象的温度。
一般测量精度较高。在一定的测温范围内,温度计也可测量物体内部的温度分布。但对于运动体、小目标或热容量很小的对象则会产生较大的测量误差,常用的温度计有双金属温度计、玻璃液体温度计、压力式温度计、电阻温度计、热敏电阻和温差电偶等。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究,测量120K以下温度的低温温度计得到了发展,如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件,可用于测量1.6~300K范围内的温度。
非接触式
它的敏感元件与被测对象互不接触,又称非接触式测温仪表。这种仪表可用来测量运动物体、小目标和热容量小或温度变化迅速(瞬变)对象的表面温度,也可用于测量温度场的温度分布。
最常用的非接触式测温仪表基于黑体辐射的基本定律,称为辐射测温仪表。
辐射测温法包括亮度法(见光学高温计)、辐射法(见辐射高温计)和比色法(见比色温度计)。各类辐射测温方法只能测出对应的光度温度、辐射温度或比色温度。只有对黑体(吸收全部辐射并不反射光的物体)所测温度才是真实温度。如欲测定物体的真实温度,则必须进行材料表面发射率的修正。而材料表面发射率不仅取决于温度和波长,而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关,因此很难精确测量。在自动化生产中往往需要利用辐射测温法来测量或控制某些物体的表面温度,如冶金中的钢带轧制温度、轧辊温度、锻件温度和各种熔融金属在冶炼炉或坩埚中的温度。在这些具体情况下,物体表面发射率的测量是相当困难的。对于固体表面温度自动测量和控制,可以采用附加的反射镜使与被测表面一起组成黑体空腔。附加辐射的影响能提高被测表面的有效辐射和有效发射系数。利用有效发射系数通过仪表对实测温度进行相应的修正,最终可得到被测表面的真实温度。最为典型的附加反射镜是半球反射镜。球中心附近被测表面的漫射辐射能受半球镜反射回到表面而形成附加辐射,从而提高有效发射系数式中ε为材料表面发射率,ρ为反射镜的反射率。
至于气体和液体介质真实温度的辐射测量,则可以用插入耐热材料管至一定深度以形成黑体空腔的方法。通过计算求出与介质达到热平衡后的圆筒空腔的有效发射系数。在自动测量和控制中就可以用此值对所测腔底温度(即介质温度)进行修正而得到介质的真实温度。
非接触测温优点:测量上限不受感温元件耐温程度的限制,因而对最高可测温度原则上没有限制。对于1800℃以上的高温,主要采用非接触测温方法。随着红外技术的发展,辐射测温 逐渐由可见光向红外线扩展,700℃以下直至常温都已采用,且分辨率很高。