溫度傳感器的發展
發布時間:2011-01-18
中心議題:
溫度是一個基本的物理現象,它是生產過程中應用最普通、最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu),無(wu)論(lun)是(shi)工(gong)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan),還(hai)是(shi)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)和(he)國(guo)防(fang)現(xian)代(dai)化(hua),都(dou)離(li)不(bu)開(kai)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)及(ji)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。它(ta)是(shi)現(xian)代(dai)測(ce)試(shi)和(he)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)中(zhong)應(ying)用(yong)頻(pin)率(lv)最(zui)高(gao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)一(yi)。然(ran)而(er),溫(wen)度(du)的(de)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)並(bing)非(fei)輕(qing)而(er)易(yi)舉(ju),即(ji)使(shi)有(you)了(le)準(zhun)確(que)度(du)很(hen)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi),但(dan)是(shi),如(ru)果(guo)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)選(xuan)擇(ze)不(bu)當(dang)或(huo)者(zhe)測(ce)量(liang)的(de)環(huan)境(jing)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu),則(ze)都(dou)難(nan)以(yi)得(de)到(dao)預(yu)期(qi)的(de)結(jie)果(guo)。
溫度測量的最新進展
當前,雖然主要的溫度傳感器,如熱電偶、熱re電dian阻zu及ji輻fu射she溫wen度du計ji等deng的de技ji術shu已yi經jing成cheng熟shu,但dan是shi隻zhi能neng在zai傳chuan統tong的de場chang合he應ying用yong,不bu能neng滿man足zu許xu多duo領ling域yu的de要yao求qiu,尤you其qi是shi高gao科ke技ji領ling域yu。因yin此ci,各ge國guo專zhuan家jia都dou在zai針zhen對dui性xing的de競jing爭zheng開kai發fa各ge種zhong新xin型xing溫wen度du傳chuan感gan器qi及ji特te殊shu的de實shi用yong測ce量liang技ji術shu。
光纖溫度傳感器
光導纖維(簡稱光纖)自20世紀70niandaiwenshiyilai,suizhejiguangjishudefazhan,conglilunheshijianshangdouyizhengmingtajuyouyixiliedeyouyuexing,guangxianzaichuanganjishulingyuzhongdeyingyongyeriyishoudaoguangfanzhongshi。guangxianchuanganqishiyizhongjiangbeiceliangdezhuangtaizhuanbianweikecedeguangxinhaodezhuangzhi。tashiyouguangouheqi、傳輸光纖及光電轉換器等三部分組成。目前已有用來測量壓力、位移、應變、液麵、角速度、線速度、溫度、磁場、電流、電dian壓ya等deng物wu理li量liang的de光guang纖xian傳chuan感gan器qi問wen世shi,解jie決jue了le傳chuan統tong方fang式shi難nan以yi解jie決jue的de測ce量liang技ji術shu問wen題ti。據ju統tong計ji,目mu前qian約yue有you百bai餘yu種zhong不bu同tong形xing式shi的de光guang纖xian傳chuan感gan器qi,用yong於yu不bu同tong領ling域yu進jin行xing檢jian測ce。可ke以yi預yu料liao,在zai新xin技ji術shu革ge命ming的de浪lang潮chao中zhong,光guang纖xian傳chuan感gan器qi必bi將jiang得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong,並bing發fa揮hui出chu更geng多duo的de作zuo用yong。
特種測溫熱敏電纜
熱re電dian偶ou是shi傳chuan統tong的de溫wen度du傳chuan感gan器qi,用yong途tu非fei常chang廣guang泛fan。近jin年nian來lai,又you發fa展zhan出chu了le一yi種zhong新xin的de測ce溫wen技ji術shu,能neng在zai火huo災zai事shi故gu預yu警jing中zhong有you獨du特te的de應ying用yong。這zhe種zhong新xin型xing溫wen度du傳chuan感gan器qi稱cheng為wei特te種zhong測ce溫wen熱re敏min電dian纜lan,又you被bei稱cheng為wei連lian續xu熱re電dian偶ouContinuousThermocouple)或尋熱式熱電偶(HeatingSeekingThermocouple)。
remindianlanliyongdianouredianxiaoying,danceliangdebushioutoubudewendu,ershiyanredianjichangdushangzuigaowendudiandewendu。youyuzhezhongdutegongneng,zuichubeifadaguojiazuoweigaojingjishushebeipushezaihangkongmujian、驅逐艦的艦艙以及軍用飛機等軍事設備中。目前,已被廣泛應用到各個領域來預防和減少因“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品類型(FTLD和CTTC),它們測溫原理相同,隻是技術參數不同。
材料構成外層保護管:FTLD型采用雙層聚四氟乙烯,CTTC型采用鉻鎳鐵合金。為有效避免測量環境中的粉塵、油脂以及水分等介質浸入,以及溫度範圍不同而引起的誤報,故采用不同材料。測溫元件:K型熱電偶。
外形尺寸目前現有的產品長度約6~15m,若需長度加大,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,可安裝在傳統探頭無法鋪設到的惡劣環境中。
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,由於連續熱電偶的“臨時”熱(re)接(jie)點(dian)不(bu)是(shi)緊(jin)密(mi)連(lian)接(jie),熱(re)接(jie)點(dian)之(zhi)外(wai)兩(liang)電(dian)極(ji)間(jian)也(ye)並(bing)非(fei)完(wan)全(quan)絕(jue)緣(yuan),所(suo)以(yi)熱(re)敏(min)電(dian)纜(lan)的(de)輸(shu)出(chu)熱(re)電(dian)勢(shi)與(yu)同(tong)種(zhong)熱(re)電(dian)偶(ou)相(xiang)比(bi)稍(shao)有(you)降(jiang)低(di),換(huan)算(suan)成(cheng)溫(wen)度(du)大(da)約(yue)相(xiang)差(cha)十(shi)幾(ji)攝(she)氏(shi)度(du),這(zhe)對(dui)於(yu)火(huo)警(jing)預(yu)報(bao)來(lai)說(shuo)是(shi)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)。
彎曲半徑除和熱敏電纜組成材料的性能和質量有關外,還與隔離材料的密實程度有關。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的10~20倍。
石英溫度計
隨著生產及科學技術的發展,各部門對溫度測量與控製的要求越來越高,尤其對高精度、高分辨率溫度傳感器的需求越來越強烈,普通的傳感器難以滿足要求。
石英溫度計的特性
高分辨率分辨率達0.001~0.0001℃。
高精度在-50℃~120℃範圍內,精度為±0.05℃。普通溫度計的精度為±0.1℃。
誤差小熱滯後誤差小,響應時間為1s,可以忽略。
性能穩定它是頻率輸出型傳感器,故不受放大器漂移和電源波動的影響,即使將傳感器遠距離(如1500m)設置也不受影響,但是抗強衝擊性能較差。
石英溫度計的應用
石英溫度計既可用於高精度、gaofenbianlvdewenduceliang,youkezuoweibiaozhunwendujijinxingliangzhichuandi,yekeyizaixianchangwentaiwenduchanghexiajinxingjingmicewenhuoyongyuhengwencaodejingmikongwen,haikeyongzuoyuanjuliduodianwenduceliangdeng。
聲學溫度計
聲學測溫技術具有測溫原理簡單、非接觸、測溫範圍寬(0~1900℃)、可在線測量等優點,現已應用於發電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉窯等工業過程的溫度測量和控製。
利用超聲波測量氣體溫度
利用測量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計稱為超聲波溫度計。用超聲波測量氣體溫度具有響應速度快、不受外壁熱輻射影響等優點。測量對象十分廣泛,從滾梯上方氣體的平均溫度,到內燃機混合氣體爆炸燃燒時的溫度測量等。
超聲波測量氣體溫度的工作原理與聲學測溫相同,聲速的測量方法有兩種:
脈衝法測量如果揚聲器與收音器間的距離為l,傳播的時間為τ,則可依據u=l/τ,求得u。當測量場所有風時,若直接測量聲速將產生誤差。在這種情況下,將揚聲器與收音器交換測量,選用兩者的平均速度更為準確。
共振法測量利用共振頻率f=u/l可求得u。
- 溫度測量的技術發展
- 光纖溫度傳感器
- 特種測溫熱敏電纜
- 石英溫度計
- 聲學溫度計
溫度是一個基本的物理現象,它是生產過程中應用最普通、最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)工(gong)藝(yi)參(can)數(shu),無(wu)論(lun)是(shi)工(gong)農(nong)業(ye)生(sheng)產(chan),還(hai)是(shi)科(ke)學(xue)研(yan)究(jiu)和(he)國(guo)防(fang)現(xian)代(dai)化(hua),都(dou)離(li)不(bu)開(kai)溫(wen)度(du)測(ce)量(liang)及(ji)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)。它(ta)是(shi)現(xian)代(dai)測(ce)試(shi)和(he)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)中(zhong)應(ying)用(yong)頻(pin)率(lv)最(zui)高(gao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)一(yi)。然(ran)而(er),溫(wen)度(du)的(de)準(zhun)確(que)測(ce)量(liang)並(bing)非(fei)輕(qing)而(er)易(yi)舉(ju),即(ji)使(shi)有(you)了(le)準(zhun)確(que)度(du)很(hen)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi),但(dan)是(shi),如(ru)果(guo)測(ce)量(liang)方(fang)法(fa)選(xuan)擇(ze)不(bu)當(dang)或(huo)者(zhe)測(ce)量(liang)的(de)環(huan)境(jing)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)要(yao)求(qiu),則(ze)都(dou)難(nan)以(yi)得(de)到(dao)預(yu)期(qi)的(de)結(jie)果(guo)。
溫度測量的最新進展
當前,雖然主要的溫度傳感器,如熱電偶、熱re電dian阻zu及ji輻fu射she溫wen度du計ji等deng的de技ji術shu已yi經jing成cheng熟shu,但dan是shi隻zhi能neng在zai傳chuan統tong的de場chang合he應ying用yong,不bu能neng滿man足zu許xu多duo領ling域yu的de要yao求qiu,尤you其qi是shi高gao科ke技ji領ling域yu。因yin此ci,各ge國guo專zhuan家jia都dou在zai針zhen對dui性xing的de競jing爭zheng開kai發fa各ge種zhong新xin型xing溫wen度du傳chuan感gan器qi及ji特te殊shu的de實shi用yong測ce量liang技ji術shu。
光纖溫度傳感器
光導纖維(簡稱光纖)自20世紀70niandaiwenshiyilai,suizhejiguangjishudefazhan,conglilunheshijianshangdouyizhengmingtajuyouyixiliedeyouyuexing,guangxianzaichuanganjishulingyuzhongdeyingyongyeriyishoudaoguangfanzhongshi。guangxianchuanganqishiyizhongjiangbeiceliangdezhuangtaizhuanbianweikecedeguangxinhaodezhuangzhi。tashiyouguangouheqi、傳輸光纖及光電轉換器等三部分組成。目前已有用來測量壓力、位移、應變、液麵、角速度、線速度、溫度、磁場、電流、電dian壓ya等deng物wu理li量liang的de光guang纖xian傳chuan感gan器qi問wen世shi,解jie決jue了le傳chuan統tong方fang式shi難nan以yi解jie決jue的de測ce量liang技ji術shu問wen題ti。據ju統tong計ji,目mu前qian約yue有you百bai餘yu種zhong不bu同tong形xing式shi的de光guang纖xian傳chuan感gan器qi,用yong於yu不bu同tong領ling域yu進jin行xing檢jian測ce。可ke以yi預yu料liao,在zai新xin技ji術shu革ge命ming的de浪lang潮chao中zhong,光guang纖xian傳chuan感gan器qi必bi將jiang得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong,並bing發fa揮hui出chu更geng多duo的de作zuo用yong。
特種測溫熱敏電纜
熱re電dian偶ou是shi傳chuan統tong的de溫wen度du傳chuan感gan器qi,用yong途tu非fei常chang廣guang泛fan。近jin年nian來lai,又you發fa展zhan出chu了le一yi種zhong新xin的de測ce溫wen技ji術shu,能neng在zai火huo災zai事shi故gu預yu警jing中zhong有you獨du特te的de應ying用yong。這zhe種zhong新xin型xing溫wen度du傳chuan感gan器qi稱cheng為wei特te種zhong測ce溫wen熱re敏min電dian纜lan,又you被bei稱cheng為wei連lian續xu熱re電dian偶ouContinuousThermocouple)或尋熱式熱電偶(HeatingSeekingThermocouple)。
remindianlanliyongdianouredianxiaoying,danceliangdebushioutoubudewendu,ershiyanredianjichangdushangzuigaowendudiandewendu。youyuzhezhongdutegongneng,zuichubeifadaguojiazuoweigaojingjishushebeipushezaihangkongmujian、驅逐艦的艦艙以及軍用飛機等軍事設備中。目前,已被廣泛應用到各個領域來預防和減少因“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品類型(FTLD和CTTC),它們測溫原理相同,隻是技術參數不同。
材料構成外層保護管:FTLD型采用雙層聚四氟乙烯,CTTC型采用鉻鎳鐵合金。為有效避免測量環境中的粉塵、油脂以及水分等介質浸入,以及溫度範圍不同而引起的誤報,故采用不同材料。測溫元件:K型熱電偶。
外形尺寸目前現有的產品長度約6~15m,若需長度加大,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,可安裝在傳統探頭無法鋪設到的惡劣環境中。
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,由於連續熱電偶的“臨時”熱(re)接(jie)點(dian)不(bu)是(shi)緊(jin)密(mi)連(lian)接(jie),熱(re)接(jie)點(dian)之(zhi)外(wai)兩(liang)電(dian)極(ji)間(jian)也(ye)並(bing)非(fei)完(wan)全(quan)絕(jue)緣(yuan),所(suo)以(yi)熱(re)敏(min)電(dian)纜(lan)的(de)輸(shu)出(chu)熱(re)電(dian)勢(shi)與(yu)同(tong)種(zhong)熱(re)電(dian)偶(ou)相(xiang)比(bi)稍(shao)有(you)降(jiang)低(di),換(huan)算(suan)成(cheng)溫(wen)度(du)大(da)約(yue)相(xiang)差(cha)十(shi)幾(ji)攝(she)氏(shi)度(du),這(zhe)對(dui)於(yu)火(huo)警(jing)預(yu)報(bao)來(lai)說(shuo)是(shi)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)。
彎曲半徑除和熱敏電纜組成材料的性能和質量有關外,還與隔離材料的密實程度有關。一般彎曲半徑為熱敏電纜外徑的10~20倍。
石英溫度計
隨著生產及科學技術的發展,各部門對溫度測量與控製的要求越來越高,尤其對高精度、高分辨率溫度傳感器的需求越來越強烈,普通的傳感器難以滿足要求。
石英溫度計的特性
高分辨率分辨率達0.001~0.0001℃。
高精度在-50℃~120℃範圍內,精度為±0.05℃。普通溫度計的精度為±0.1℃。
誤差小熱滯後誤差小,響應時間為1s,可以忽略。
性能穩定它是頻率輸出型傳感器,故不受放大器漂移和電源波動的影響,即使將傳感器遠距離(如1500m)設置也不受影響,但是抗強衝擊性能較差。
石英溫度計的應用
石英溫度計既可用於高精度、gaofenbianlvdewenduceliang,youkezuoweibiaozhunwendujijinxingliangzhichuandi,yekeyizaixianchangwentaiwenduchanghexiajinxingjingmicewenhuoyongyuhengwencaodejingmikongwen,haikeyongzuoyuanjuliduodianwenduceliangdeng。
聲學溫度計
聲學測溫技術具有測溫原理簡單、非接觸、測溫範圍寬(0~1900℃)、可在線測量等優點,現已應用於發電廠、垃圾焚燒爐、水泥回轉窯等工業過程的溫度測量和控製。
利用超聲波測量氣體溫度
利用測量超聲波在氣體中傳播速度因溫度不同而變化的溫度計稱為超聲波溫度計。用超聲波測量氣體溫度具有響應速度快、不受外壁熱輻射影響等優點。測量對象十分廣泛,從滾梯上方氣體的平均溫度,到內燃機混合氣體爆炸燃燒時的溫度測量等。
超聲波測量氣體溫度的工作原理與聲學測溫相同,聲速的測量方法有兩種:
脈衝法測量如果揚聲器與收音器間的距離為l,傳播的時間為τ,則可依據u=l/τ,求得u。當測量場所有風時,若直接測量聲速將產生誤差。在這種情況下,將揚聲器與收音器交換測量,選用兩者的平均速度更為準確。
共振法測量利用共振頻率f=u/l可求得u。
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