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表面温度传感器
阅读:127时间:2018-08-03 09:59:57

    表面温度传感器是在航空、航天、能源、化工、纺织和其它科研和生产领域中测量表面温度的元件。表面温度传感器为专用的表面温度计,通常,专用的表面温度传感器是具有极薄厚度的片状外形,根据测量温度的要求分为表面热电阻和表面热电偶感应传感器。

产生背景

   在航空、航天、能源、化工、纺织和其它科研和生产中存在大量的表面温度测试问题。但是环境状况、温度传感器和被测表面相互影响,形成一个复杂的系统。各种影响因素直接或间接影响了表面温度的准确度。因此,表面温度测量是一种经常需要但又很难进行的测量。
   如果使用通常形状的温度传感器(如针状、球状、圆柱状等),将由于传感器的自身形状导热干扰原温度场而引起测量误差。
   因此,对于表面温度的精确测量应选用专用的表面温度计。换句话说,应选用带有专用表面温度传感器的温度计对表面温度进行精确的测量。
   通常,专用的表面温度传感器是具有极薄厚度的片状外形。

选择方法

   为了准确地测量表面温度,建议一般选用专用的表面温度传感器。
   通过纵览各种传感器类型和技术规格表,可以清楚地发现表面热电阻和表面热电偶感应传感器之间的最明显差别。在一些应用中(如涉及在中等温度下进行临时非关键性测量的应用),两种类型都足以胜任,只有价格是决定因素。一般而言,热电偶具有更宽的工作温度范围和更快的响应速度,并且价格稍微低一些。
   表面热电偶在结构上坚固得多,并且不受因安装材料或方法所引起的应变的影响。它们具有设计简单的固有特点,从而使成本较低。所有热电偶表面传感器都具有能够在与表面热电阻传感器相比高出很多的温度下正常工作以及响应更加快速的特定。但是,热电偶传感器生成的电压信号较低,可能需要进行附加放大,这在电气噪声很高的环境中是一个缺点。
   与表面热电偶传感器不同,表面热电阻传感器不需要参考点、冰浴或温度补偿电路。这些传感器具有非常低的热质量,因此可提供真实的表面温度测量值以及快到50 ms的响应时间。铂传感器被公认为是一种精密温度测量传感器,它可在-190℃~ 660℃温度范围来定义国际温标(ITS-90)。将铂温度计选择作为首要标准的主要原因是,它的电阻温度参数具有优异的稳定性和重复性。表面热电阻的信号输出大小是热电偶输出的50~200倍。这意味着温度测量常常可使用标准仪表来进行。

注意事项

   通常应用是将装在保护管中的传感器浸没在受控制流体中或放置在已知环境中,而表面温度测量需要将传感器放置在环境条件可能对测量结果产生影响的容器外面。另外,表面轮廓、表面的热力性能以及传感器与测量对象之间的导电通路等因素也会影响输出信号的完整性。同时,传感器的选型及安装技术也会对测量系统的性能产生影响。表面温度测量应用广泛,对于评估不能接触位置处的状况十分有用。所使用的传感器的种类和安装技术也各种各样。选型时应根据诸如量程、准确度、可靠性以及与测量元件接触的物质的敏感度等温度测量因素,以及传感器的厚度、柔软性和与测量对象和周围环境之间的热量交换。
   在使用表面传感器时,应注意以下两个最重要规则
   1) 安装表面传感器时,能够得到最高的热接触和最小的机械应力。RdF 传感器很容易正确进行安装。
   2) 表面传感器必须进行绝缘或隔离,以使其温度尽可能接近表面温度。这是由用户来控制的。
   为了对这些问题进行说明,图1显示了一个典型的表面温度传感器。本例中的传感器安装在输送流体的管道上。实际可安装传感器的与流体最接近的点是管道外壁。如果流体流动比较充分并且温度波动不严重,则外壁温度将十分接近流体的温度。
   传感器只能测量其自身温度,必须尝试使表面温度与传感器温度相同。通过在传感器上布置一个绝缘层以减少环境的影响并通过选择一种在表面与传感器之间提供良好热接触的安装方法,可以实现这一点。
   所选择的传感器安装方法十分重要,因为虽然需要良好的热接触,但热膨胀系数的较大不匹配可能会引起导线式电阻温度传感器中产生应变。这种应变会产生电阻上的变化,可能会被误解释为一个温度改变。当安装电阻和热电偶传感器时,应使引线与感应表面接触一段长度,以便降低感应导线或结点的热传导效应。

安装方法

   安装表面传感器的第一步是确定安装方法。某些刚性表面温度传感器提供了机械安装件,但多数情况下,需要使用一种粘合剂。在选择粘合剂时,应考虑以下问题:
   1. 预期工作温度范围与适合所考虑的粘合剂吗?
   2. 传感器、表面和粘合剂的热膨胀系数相近吗?
   3. 粘合剂的涂布与安装方式相容吗?例如,如果粘合剂需要在较高温度下固化,则在远距离安装的情况下这会成为一个问题。
   4. 粘合剂安装是针对永久性安装还是临时安装?
   用于安装传感器的粘合剂通常有以下几种:
   1) 环氧树脂粘合剂
   这种粘合剂可以各种形式提供,包括液体、膏状、薄膜和粉末等形式,当通常使用的是双组分粘合剂,使用之前必须将两个组分进行混合。固化时间从室温下5分钟一直到较高温度下的几个小时。多数环氧树脂粘合剂在基体树脂中加有填料,使它们适合填充缝隙或在传感器上涂层。
   2) 氰基丙烯酸酯粘合剂
   这些粘合剂为超快速固化型粘合剂。它们在室温下在10~60秒内即可固化。它们的使用受到温度和湿度的限制。由于多数氰基丙烯酸酯基粘合剂不含填料或填充空洞的能力有限,因此被粘部件之间必须紧密接触。
   3) 硅橡胶粘合剂
   硅橡胶粘合剂的优点是具有橡胶弹性,可在传感器与表面之间提供一种富有弹性的低应力粘接。它们以单组分或双组分膏状形式提供,甚至可以双面胶带的形式提供,这种胶带可瞬间被粘贴在传感器和表面上。它们具有非常宽的使用温度范围。膏状的硅橡胶粘合剂需要的固化时间较长,如果在所需使用温度之上没有固化,粘合剂可能会逆转为原状。
   4) 聚酰亚胺粘合剂
   有几个系列的聚合物粘合剂可提供优异的粘接力和高温稳定性。但是,它们必须在仔细控制的温度和压力下进行固化。这就使得现场安装十分困难。
   5) 陶瓷粘合剂
   陶瓷粘合剂或粘结剂的优点是具有非常高的使用温度。它们可以膏状形式来使用,里面添加有金属氧化物填料,以一种酸作为粘料。它们通常需要较高温度才能固化。固化之后,陶瓷粘结剂一般坚硬、易碎并具有吸湿性。
   6) 溶剂释放型粘合剂
   一些常见的较便宜的粘合剂需要从树脂材料中释放出溶剂以形成粘接层。应该注意,如果传感器对于该溶剂不具有渗透性,则粘合剂将不会正确固化。在选择这些粘合剂时应加以小心。选择了粘合剂后,必须制定一个可用来一致性地安装传感器的步骤。

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