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温度传感器的结构和安装方法

作者:温度传感器的结构和安装方法所属栏目:人气:99发表时间:2017-06-28 14:37:06

热电偶的结构

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。


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。


材质

常用
温度

最高使用温度

概要

金属保护管

SUS304

850

950

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

SUS316

850

950

SUS304在高温中的耐蚀性好

SUS301S

1000

1100

NiCr的含量高,耐热性强

SandviRP4

1050

1200

27Cr钢,适用于高温环境,
不适用于氧化性、还原性气体

Kanthal
A-1

1100

1350

Cr24%A15.5%的耐热钢、在高温中机械强度高

镍铬合金

1100

1250

Ni80%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QT

1000

1050

抗热冲击性强,但机械强度低

陶瓷管PT2

1400

1450

氧化铝质,气密性优

高铝管PT1

1500

1550

同上,抗热冲击性弱

刚玉管PT0

1600

1750

高纯度铝管,抗热冲击性最弱

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
Si
3N4

1400

1600

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,所以最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8.0mmф0.5mmф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6008.0mmф的是1050


热电阻的结构

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




带保护管的热电阻图例


温度传感器的安装方法

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


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。。




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。


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