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温度测量实用准则


温度测量实用准则
温度可通过各式各样的传感器来测量。 所有传感器都是通过感知物理特性的某 些变化来判断温度。工程师有可能碰到 的6种传感器类型如下:热电偶、电阻温 度探测器(RTD与热敏电阻)、红外辐 射器、双金属器件、液体膨胀式器件以 及相变器件。首先,大家对每种传感器 进行简短回顾。
热电偶主要由两种不同金属制成的金属 条或金属线组成,它们的一端连接在一 起。如后面所讨论的,该连接点处的温 度变化会引起另外两端之间电动势(emf) 的变化。随着温度升高,热电偶的这一输出电动势emf也会增大,但不一定呈 线性关系
电阻温度探测器红外线测温仪利用了材料电阻随材料 温度而变化这一事实。两种主要类型为 金属测温器件(通常称为RTD)和热敏 电阻。顾名思义,RTD依靠金属电阻的 变化,电阻的增加或多或少都与温度呈 线性关系。热敏电阻依据的是陶瓷半导 体中的电阻变化;电阻下降与温度升高 之间存在着非线性关系。
红外传感器是非接触式测温设备。如后 面所讨论的,它们通过测量材料放射出 的热辐射来判断温度。
双金属器件利用了不同金属之间热膨胀 率的差异。两条金属片联结在一起,受 热时,一侧金属片膨胀程度大于另一侧 金属片,由此造成的弯曲通过与指针相 连的金属杆系转变成温度读数。这些器 件便于携带并且不需要任何电源,然而 它们通常不如热电偶或RTD,并且 不太适合温度记录。
以家用温度计为代表的液体膨胀式器件 通常分为两类:水银类和有机液体类。 还有利用气体而非液体的类型。水银被 认为是一种对环境有害的物质,因而有 一些法规限制含水银器件的发运。液体 膨胀式传感器无需电源,不存在爆炸 隐患,并且即使多次重复使用也依然可 靠。另一方面,它们产生的数据通常不 易记录或传输,并且它们不能进行单点 测量或点测。
相变温度传感器由在达到一定温度时 外观会变化的标签、颗粒、颜料、油漆 或液晶构成。例如,它们可与汽阱配合 使用,当汽阱超过一定温度时,附到汽 阱上的传感器片上的白色圆点将变成 黑色。
响应时间一般为几分钟,因而这类器件 通常不对温度瞬变做出响应,并且其 精度低于使用其它类型传感器进行的测 量。而且,相变是不可逆的,液晶显示 器的情况例外。然而即便如此,如果在 产品运输过程中,例如由于技术或法律 方面的原因,需要确认某件设备或材料 的温度尚未超过一定数值,相变传感器 还是比较方便。
主力设备
在化工行业,*常用的温度传感器是热 电偶、电阻温度探测器和红外器件。对 于这些器件如何工作以及应该如何使用 它们,存在着一种普遍的误解。
热电偶: 首先看一下热电偶——也许是 三者中*常用但*缺乏了解的器件。本 质上,热电偶由两条一头连接在一起, 另一头打开的合金组成。输出端(开口端;图1a中的V 1)的电动势emf是闭合 端温度 T 1的函数。在该温度增加时,电 动势emf也随之升高。
通常,热电偶带有金属或陶瓷护套,它 将热电偶与各种环境因素隔开。金属 护套热电偶还带有多种类型的涂层(例 如,聚四氟乙烯),以便在腐蚀性溶液 中无故障地使用。
输入端温湿度计与输出端之间导线的温度变化不 影响输出电压,前提是导线为热电偶合 金或热电等效材料(图1a)。例如,如 果热电偶正在测量炉中温度,而且显示 读数的仪表在一段距离以外,两者之间 的导线可以从另一炉子附近经过并且不 受炉子温度的影响,除非炉子变得足够 热而使导线熔化或者会地改变导线 的电热行为。
只要温度T1在整个连接点处保持不变并 且连接点材料导电,连接点自身的成份 就不会对热电偶行为产生任何影响(图 1b)。同样,在任一条或者两条导线中 添加非热电偶合金也不会影响读数,条 件是这种"掺假"金属两端的温度相同 。
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