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温度传感器的结构和安装方法

日期:2019-10-20 11:13
浏览次数:10412
摘要:
温度传感器的结构和安装方法
  
我们在上一篇文章中介绍了温度传感器的测量原理,今天我们将介绍温度传感器的结构及安装方法。
 
热电偶前端接合的形状有3种类型,如图2.5所示。可根据热电偶的类型、线径、使用温度,通过气焊、对焊、电阻焊、电弧焊、银焊等方法进行接合。

热电偶前端接合形状


在工业应用中为了便于安装及延长热电偶的使用寿命,通常使用外加套管的方式。套管一般分为保护管型和铠装型。

 
1.带保护管的热电偶
是将热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用的热电偶。保护管在防止芯线氧化、腐蚀的同时,还可以保持热电偶的机械强度。保护管有多种类型,常用的如下表所示。

带保护管的热电偶


材质常用
温度℃
*高使用温度℃概要
金属保护管SUS304850950适用于高温、酸性、碱性环境,
不适用于氧化性、还原性气体环境
SUS316850950比SUS304在高温中的耐蚀性好
SUS301S10001100Ni、Cr的含量高,耐热性强
SandviRP41050120027Cr钢,适用于高温环境,
不适用于氧化性、还原性气体
Kanthal
A-1
11001350Cr24%、A15.5%的耐热钢、在高温中机械强度高
镍铬合金11001250Ni80%、Cr20%、适用于氧化环境,不适用于硫化、还原性气体环境
非金属保护管石英管QT10001050抗热冲击性强,但机械强度低
陶瓷管PT214001450氧化铝质,气密性优
高铝管PT115001550同上,抗热冲击性弱
刚玉管PT016001750高纯度铝管,抗热冲击性*弱
碳化硅管
SiC
1250
1550
1350
1600
抗热冲击性强,但气密性差
在双保护管的外管上使用
氮化硅管
Si3N4
14001600与碳化硅管大致相同,适用于熔融铝
2.铠装型热电偶
铠装热电偶的测量原理与带保护管的热电偶相同。它使用纤细的金属管(称为套管)作为上图中绝缘管(陶瓷)的替代品,并使用氧化镁(MgO)等粉末作为绝缘材料。由于其外径较细且容易弯曲,所以*适合用来测量物体背面与狭小空隙等处的温度。此外,与带保护管的热电偶相比,其反应速度更为灵敏。铠装热电偶的套管外径范围较广,可以拉长加工为8.0mmф到0.5mmф的各种尺寸。芯线拉伸得越细,常用温度上限越低。如K型热电偶,套管外径0.5mmф的常用温度上限是600℃,8.0mmф的是1050℃。

铠装热电偶


 
 
如下图所示,热电阻的元件形状有3种,目前陶瓷封装型占主导地位。陶瓷封装型用于带保护管的热电阻以及铠装热电阻。陶瓷与玻璃封装型的铂线裸线直径为几十微米左右,云母板型的约为0.05mm。引线则使用比元件线粗很多的铂合金线。

热电阻元件的种类

热电阻元件的种类


带保护管的热电阻图例

带保护管的热电阻图例


铠装热电阻

铠装热电阻


 
 
1. 安装实例和测量误差
热电偶和热电阻在设备中的安装方法和测量误差如下图所示。安装时要注意机械强度,特别是高温中保护管的变形。另外,为了避免保护管的热损失对元件温度的影响,需要考虑流向和保护管的外形、插入长度、保温、隔热等问题。

保护管安装位置和误差实例

保护管安装位置和误差实例


炉温测量的安装实例&超低温测量的安装实例


2. 响应速度
虽然铠装热电偶比安装保护管的热电偶响应速度快,但是,使用安装了保护管的热电偶,能够增加强度、耐腐蚀、防热以及易于维护。在热导率大的水中和热导率小的空气中,响应速度是不同的。下图为带不锈钢保护管的具有代表性的响应速度的示例,保护管内径和外径的不同不会对响应时间有影响。。

带不锈钢保护管的响应速度


3. 防止保护管因卡曼振动而破裂的措施
在管道中插入保护管时,下游会产生旋涡。该旋涡称为卡曼旋涡,会导致保护管发生卡曼振动,当振动频率与保护管的固有振动频率一致时,会发生共振,导致保护管破裂以及温度检测元件断线。在流体为液体且流速非常快的情况下,必须防止共振发生。计算保护管自身的固有频率和卡曼旋涡频率,选择保护管长度和外形尺寸时,需使卡曼旋涡频率低于保护管的固有频率。有时候也可以降低流速。该运算涉及到包含流体质量和黏度等数值的应力计算,比较复杂,可参考以下简易计算公式。

卡曼震动频率计算


 

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