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溫度傳感器的發(fā)展

發(fā)布時(shí)間:2011-01-18

中心議題:
  • 溫度測(cè)量的技術(shù)發(fā)展
解決方案:
  • 光纖溫度傳感器
  • 特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|
  • 石英溫度計(jì)
  • 聲學(xué)溫度計(jì)

溫度是一個(gè)基本的物理現(xiàn)象,它是生產(chǎn)過程中應(yīng)用最普通、最重要的工藝參數(shù),無論是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),還是科學(xué)研究和國防現(xiàn)代化,都離不開溫度測(cè)量及溫度傳感器。它是現(xiàn)代測(cè)試和工業(yè)過程控制中應(yīng)用頻率最高的傳感器之一。然而,溫度的準(zhǔn)確測(cè)量并非輕而易舉,即使有了準(zhǔn)確度很高的溫度傳感器,但是,如果測(cè)量方法選擇不當(dāng)或者測(cè)量的環(huán)境不能滿足要求,則都難以得到預(yù)期的結(jié)果。
  
溫度測(cè)量的最新進(jìn)展
  
當(dāng)前,雖然主要的溫度傳感器,如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等的技術(shù)已經(jīng)成熟,但是只能在傳統(tǒng)的場(chǎng)合應(yīng)用,不能滿足許多領(lǐng)域的要求,尤其是高科技領(lǐng)域。因此,各國專家都在針對(duì)性的競(jìng)爭(zhēng)開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊的實(shí)用測(cè)量技術(shù)。
  
光纖溫度傳感器
  
光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)自20世紀(jì)70年代問世以來,隨著激光技術(shù)的發(fā)展,從理論和實(shí)踐上都已證明它具有一系列的優(yōu)越性,光纖在傳感技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益受到廣泛重視。光纖傳感器是一種將被測(cè)量的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)的光信號(hào)的裝置。它是由光耦合器、傳輸光纖及光電轉(zhuǎn)換器等三部分組成。目前已有用來測(cè)量壓力、位移、應(yīng)變、液面、角速度、線速度、溫度、磁場(chǎng)、電流、電壓等物理量的光纖傳感器問世,解決了傳統(tǒng)方式難以解決的測(cè)量技術(shù)問題。據(jù)統(tǒng)計(jì),目前約有百余種不同形式的光纖傳感器,用于不同領(lǐng)域進(jìn)行檢測(cè)??梢灶A(yù)料,在新技術(shù)革命的浪潮中,光纖傳感器必將得到廣泛的應(yīng)用,并發(fā)揮出更多的作用。
  
特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|
  
熱電偶是傳統(tǒng)的溫度傳感器,用途非常廣泛。近年來,又發(fā)展出了一種新的測(cè)溫技術(shù),能在火災(zāi)事故預(yù)警中有獨(dú)特的應(yīng)用。這種新型溫度傳感器稱為特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|,又被稱為連續(xù)熱電偶ContinuousThermocouple)或?qū)崾綗犭娕迹℉eatingSeekingThermocouple)。
  
熱敏電纜利用電偶熱電效應(yīng),但測(cè)量的不是偶頭部的溫度,而是沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上最高溫度點(diǎn)的溫度。由于這種獨(dú)特功能,最初被發(fā)達(dá)國家作為高精技術(shù)設(shè)備鋪設(shè)在航空母艦、驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)等軍事設(shè)備中。目前,已被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域來預(yù)防和減少因“過熱”引起的事故和損失。
  
熱敏電纜的主要性能
  
目前,熱敏電纜主要有兩種產(chǎn)品類型(FTLD和CTTC),它們測(cè)溫原理相同,只是技術(shù)參數(shù)不同。
  
材料構(gòu)成外層保護(hù)管:FTLD型采用雙層聚四氟乙烯,CTTC型采用鉻鎳鐵合金。為有效避免測(cè)量環(huán)境中的粉塵、油脂以及水分等介質(zhì)浸入,以及溫度范圍不同而引起的誤報(bào),故采用不同材料。測(cè)溫元件:K型熱電偶。
  
外形尺寸目前現(xiàn)有的產(chǎn)品長(zhǎng)度約6~15m,若需長(zhǎng)度加大,可以將幾根熱敏電纜連接起來。外徑尺寸FTLD為f3.5mm,CTTC為f9.3~18.7mm,可安裝在傳統(tǒng)探頭無法鋪設(shè)到的惡劣環(huán)境中。
  
工作溫度FTLD為-40~200℃,CTTC為-40~899℃。
  
分度與靈敏度熱敏電纜的分度與普通熱電偶相近,由于連續(xù)熱電偶的“臨時(shí)”熱接點(diǎn)不是緊密連接,熱接點(diǎn)之外兩電極間也并非完全絕緣,所以熱敏電纜的輸出熱電勢(shì)與同種熱電偶相比稍有降低,換算成溫度大約相差十幾攝氏度,這對(duì)于火警預(yù)報(bào)來說是可以接受的。
  
彎曲半徑除和熱敏電纜組成材料的性能和質(zhì)量有關(guān)外,還與隔離材料的密實(shí)程度有關(guān)。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的10~20倍。
  
石英溫度計(jì)
  
隨著生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各部門對(duì)溫度測(cè)量與控制的要求越來越高,尤其對(duì)高精度、高分辨率溫度傳感器的需求越來越強(qiáng)烈,普通的傳感器難以滿足要求。
  
石英溫度計(jì)的特性
  
高分辨率分辨率達(dá)0.001~0.0001℃。
  
高精度在-50℃~120℃范圍內(nèi),精度為±0.05℃。普通溫度計(jì)的精度為±0.1℃。
  
誤差小熱滯后誤差小,響應(yīng)時(shí)間為1s,可以忽略。
  
性能穩(wěn)定它是頻率輸出型傳感器,故不受放大器漂移和電源波動(dòng)的影響,即使將傳感器遠(yuǎn)距離(如1500m)設(shè)置也不受影響,但是抗強(qiáng)沖擊性能較差。
  
石英溫度計(jì)的應(yīng)用
  
石英溫度計(jì)既可用于高精度、高分辨率的溫度測(cè)量,又可作為標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)進(jìn)行量值傳遞,也可以在現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)合下進(jìn)行精密測(cè)溫或用于恒溫槽的精密控溫,還可用作遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度測(cè)量等。
  
聲學(xué)溫度計(jì)
  
聲學(xué)測(cè)溫技術(shù)具有測(cè)溫原理簡(jiǎn)單、非接觸、測(cè)溫范圍寬(0~1900℃)、可在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已應(yīng)用于發(fā)電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉(zhuǎn)窯等工業(yè)過程的溫度測(cè)量和控制。
  
利用超聲波測(cè)量氣體溫度
  
利用測(cè)量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計(jì)稱為超聲波溫度計(jì)。用超聲波測(cè)量氣體溫度具有響應(yīng)速度快、不受外壁熱輻射影響等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量對(duì)象十分廣泛,從滾梯上方氣體的平均溫度,到內(nèi)燃機(jī)混合氣體爆炸燃燒時(shí)的溫度測(cè)量等。
  
超聲波測(cè)量氣體溫度的工作原理與聲學(xué)測(cè)溫相同,聲速的測(cè)量方法有兩種:
  
脈沖法測(cè)量如果揚(yáng)聲器與收音器間的距離為l,傳播的時(shí)間為τ,則可依據(jù)u=l/τ,求得u。當(dāng)測(cè)量場(chǎng)所有風(fēng)時(shí),若直接測(cè)量聲速將產(chǎn)生誤差。在這種情況下,將揚(yáng)聲器與收音器交換測(cè)量,選用兩者的平均速度更為準(zhǔn)確。
  
共振法測(cè)量利用共振頻率f=u/l可求得u。
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