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为极端应用测量温度而开发新的四种温度传感器

来源:作者:网上正规真人实体平台发表时间:2018-12-04


      如果不是最大的物理变量,温度是最大的。但是,定义温度并不容易。人类主要将温度体验为热或冷的感觉。我们体验的温度是我们感觉为热或冷的客观品质。

      我们体验的温度是我们感觉冷或热的客观品质。正是这种品质使我们体验到热或冷的感觉。

      我们的冷热感受分子运动引起,温度是物质分子平均动能的量度。术语“动能”意味着“与运动有关”,因此另一种说法如下。温度是物质中分子运动引起的物质平均能量的量度。随着平均运动的增加,温度也会增加。随着平均运动减少,温度降低。

      了解温度测量需要了解两个不同温度的物体如何相互作用。当两个物体处于热接触时,一种称为热量的能量从较热的物体流向较冷的物体。这种能量传递持续到两个物体的温度相等。此时热能的传递停止。

测量方法

      温度以各种方式测量。所有温度测量方法都使用某种类型的传感器。温度传感器具有一个或多个在温度变化时以可预测的方式变化的特性。温度传感器的变化特性被解释为温度变化,温度计,电压表,温度计或类似装置。

在工业应用中,经常遇到四种类型的温度传感器:

      热电偶;

      电阻温度探测器(RTD);

      热敏电阻; 和

      红外(非接触)设备。

      热电偶是工业制造环境中使用最广泛的温度传感器。热电偶由两根在一端连接的不同金属制成的导线组成,称为测量接头。在导体的另一端,形成参考结。当测量结和参考结具有不同的温度时,连续电流在电路中流动。产生的电压是测量和参考结之间温度差的函数。电压量取决于所用金属的类型。需要电压表或其他装置将电压读数解释为温度值。

      电阻温度检测器(RTD)利用了对电线中的电流的阻力随温度变化的事实。铂是最常用的线材。有两种类型的RTD:线绕和薄膜。

      线绕RTD由缠绕在线轴上的线组成,线轴封装在玻璃中。对于薄膜RTD,将膜蚀刻到陶瓷基板上并密封。RTD比热电偶更精确和稳定,但不能用于测量极高温度。

      与RTD一样,热敏电阻也会随着温度的变化而改变电阻,但它们比RTD或热电偶更敏感。与温度变化的RTD相比,热敏电阻的电阻变化更为明显。但是,这种变化是高度非线性的。由于其极高的灵敏度和非线性,热敏电阻仅限于测量几百摄氏度的温度。它们比RTD更不坚固,进一步限制了它们的应用。

      红外测温仪用于测量接触测量时的温度,使用热电偶,RTD或热敏电阻是不可能的。例如,它们用于测量移动物体的温度,例如移动机械或传送带。它们也用于存在污染的地方,出于危险的原因,或者接触传感器的距离太大。红外传感器检测材料发出的红外能量。最常见的设计包括将红外能量聚焦到探测器上的透镜。然后根据可指定的单位将红外能量转换成温度测量值。

确定已安装的基础

      在2017年大部分时间对132名用户和250家供应商进行的一项研究中,重庆自动化仪表三厂的专家试图确定工业温度传感器的安装基础。根据调查结果,温度传感器的安装基础如第一张图所示。

      由于调查的重点是传感器而不是机械或手动读取温度计,因此手动设备不是调查的一部分。因此,6%的“其他”值不应被视为所有其他类型的温度测量装置的量度。实际上,该调查没有试图量化制造工厂中使用的双金属或液体玻璃温度计或集成电路温度传感器的数量。

      调查中最引人注目的是大部分热电偶(64%)构成温度传感器的安装基础。如此庞大的热电偶安装基座产生了非常大的需求来源。虽然一些热电偶用户正在改用RTD,但在新建筑或工厂翻新期间比在日常更换期间更容易发生这种情况。热电偶的大型安装基础通过确保稳定的热电偶市场来稳定热电偶市场。

      传感器类型的忠诚度很强。当被问及控制工程师是否在过去一年中将一种温度传感器替换为另一种温度传感器时,只有13%的受访者表示他们有。这意味着,在进行更换时,87%的时间将传感器替换为另一个相同类型的传感器。考虑到64%安装的热电偶基座的响应,很容易理解对热电偶的大量稳定需求。

看看T / C类型

      根据结金属的组合,热电偶分为几种类型。这些字母指定类型在给定温度范围内提供不同的mV输出,为不同的工业应用提供灵活性。根据第二个图,类型K和J的使用数量远远超过其他结类型,如T和E.其他包括更专业的类型,如S,R和B.更多使用类型K和J可能来自它们的高线性度和在给定温度范围内提供高mV的能力。

转向RTD

      最终用户之间正在发生转变,远离热电偶和RTD。这种趋势持续了很多年,仍在继续。

      使用RTD的变化是由几个因素驱动的。一个是RTD比热电偶更准确。传感器精度在优化对企业效率和竞争力至关重要的流程中变得越来越重要。其次,RTD比热电偶更稳定,并且随着时间的推移不易漂移。传感器维护和校准既昂贵又耗时。

      从热电偶到RTD的切换可能不会影响温度传感器的单位增长,因为它通常需要一个RTD来替换一个热电偶。然而,它可能会增加温度传感器市场的收入增长,因为RTD平均而言比热电偶成本更高。这种逐渐转变可能会在未来几年继续。热电偶和RTD技术已经存在了很长时间,并且两者都将继续被广泛使用。

      尽管转换到RTD,但仍然有更多的热电偶以RTD的形式出货。

      RTD对热电偶影响的一个限制与应用有关。在可预见的未来,RTD在温度高于1,200的情况下无法正常工作。

      在RTD中,从线绕到薄膜器件的转换正在发生。线绕RTD由缠绕在某种类型的芯(通常为陶瓷)周围的线圈组成。对于薄膜RTD,将膜蚀刻到陶瓷基板上并密封。最终用户正在转向薄膜RTD; 技术改进提高了性能并降低了成本。

寻求新的方式

      人们很容易得到关于温度测量的所有信息。这是因为温度传感技术已存在多年,并且似乎没有很多新方法出现。

      导致热电偶和RTD的发现是在19世纪中期制造的,而红外技术可以追溯到1900年左右。然而,温度传感器技术的进步仍在继续。从热电偶到RTD的迁移是由于RTD技术的改进,以及对准确性的

高度关注。

      从线绕到薄膜RTD技术的转变是后一种新技术改进的结果。已经开发了一种称为“细线”的技术,其使得可以将温度传感器放置在诸如涡轮叶片的恶劣位置并且提供实时温度数据以改善发动机性能。在测量极高温度和低温温度时也发生了突破。

      在温度测量领域,研究重点是为极端应用开发新的传感器。由于温度传感器制造商专注于基础传感器研究,因此可能会发现全新的温度测量方法。接触式温度传感器的相对优势



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