由于溫度傳感器分為很多類型,所以,不同類型的傳感器,它的工作原理也是不同的。
金屬膨脹原理設(shè)計(jì)的傳感器
金屬在環(huán)境溫度變化后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的延伸,因此傳感器可以以不同方式對這種反應(yīng)進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換。
雙金屬片式傳感器
雙金屬片由兩片不同膨脹系數(shù)的金屬貼在一起而組成,隨著溫度變化,材料A比另外一種金屬膨脹程度要高,引起金屬片彎曲。彎曲的曲率可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號。
雙金屬桿和金屬管傳感器
隨著溫度升高,金屬管(材料A)長度增加,而不膨脹鋼桿(金屬B)的長度并不增加,這樣由于位置的改變,金屬管的線性膨脹就可以進(jìn)行傳遞。反過來,這種線性膨脹可以轉(zhuǎn)換成一個(gè)輸出信號。
液體和氣體的變形曲線設(shè)計(jì)的傳感器
在溫度變化時(shí),液體和氣體同樣會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生體積的變化。多種類型的結(jié)構(gòu)可以把這種膨脹的變化轉(zhuǎn)換成位置的變化,這樣產(chǎn)生位置的變化輸出(電位計(jì)、感應(yīng)偏差、擋流板等等)。
電阻傳感器
金屬隨著溫度變化,其電阻值也發(fā)生變化。對于不同金屬來說,溫度每變化一度,電阻值變化是不同的,而電阻值又可以直接作為輸出信號。
熱電偶傳感器
熱電偶由兩個(gè)不同材料的金屬線組成,在末端焊接在一起。對這個(gè)連接點(diǎn)加熱,在它們不加熱的部位就會(huì)出現(xiàn)電位差。這個(gè)電位差的數(shù)值與不加熱部位測量點(diǎn)的溫度有關(guān),和這兩種導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。這種現(xiàn)象可以在很寬的溫度范圍內(nèi)出現(xiàn),如果精確測量這個(gè)電位差,再測出不加熱部位的環(huán)境溫度,就可以準(zhǔn)確知道加熱點(diǎn)的溫度。由于它必須有兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體,所以稱之為熱電偶。
溫度傳感器有四種主要類型:
熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器(RTD)和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬輸出和數(shù)字輸出兩種類型。
溫度傳感器的選用注意事項(xiàng):
被測對象的溫度是否需記錄、報(bào)警和自動(dòng)控制,是否需要遠(yuǎn)距離測量和傳送。
測溫范圍的大小和精度要求。
測溫元件大小是否適當(dāng)。
在被測對象溫度隨時(shí)間變化的場合,測溫元件的滯后能否適應(yīng)測溫要求。
價(jià)格如保,使用是否方便。
被測對象的環(huán)境條件對測溫元件是否有損害。
溫度傳感器在安裝和使用時(shí),應(yīng)當(dāng)注意以下事項(xiàng)方可保證佳測量效果:
1、安裝不當(dāng)引入的誤差
如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等,
換句話說,熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方,插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8~10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入,因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場,所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi),當(dāng)用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時(shí),必須使熱電偶逆著流速方向安裝,而且充分與氣體接觸。
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了,保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良,在高溫下更為嚴(yán)重,這不僅會(huì)引起熱電勢的損耗而且還會(huì)引入干擾,
3、熱惰性引入的誤差
由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化,
在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí),甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測量滯后,用熱電偶檢測出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測量滯后越大,熱電偶波動(dòng)的振幅就越小,與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時(shí),儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小,但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測量溫度,應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時(shí)間常數(shù),除增加傳熱系數(shù)以外,有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導(dǎo)熱性能好的材料,管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測量中,使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應(yīng)及時(shí)校正及更換。
4、熱阻誤差
高溫時(shí),如保護(hù)管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導(dǎo),這時(shí)溫度示值比被測溫度的真值低。因此,應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔,以減小誤差。
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