溫度傳感器的結(jié)構(gòu)和安裝方法

熱電偶前端接合的形狀有3種類型，如圖2.5所示。可根據(jù)熱電偶的類型、線徑、使用溫度，通過氣焊、對焊、電阻焊、電弧焊、銀焊等方法進(jìn)行接合。



在工業(yè)應(yīng)用中為了便于安裝及延長熱電偶的使用壽命，通常使用外加套管的方式。套管一般分為保護(hù)管型和鎧裝型。

 

是將熱電偶的芯線以及絕緣管插入保護(hù)管使用的熱電偶。保護(hù)管在防止芯線氧化、腐蝕的同時(shí)，還可以保持熱電偶的機(jī)械強(qiáng)度。保護(hù)管有多種類型，常用的如下表所示。

材質(zhì)		常用 溫度℃	*高使用溫度℃	概要
金屬保護(hù)管	SUS304	850	950	適用于高溫、酸性、堿性環(huán)境， 不適用于氧化性、還原性氣體環(huán)境
	SUS316	850	950	比SUS304在高溫中的耐蝕性好
	SUS301S	1000	1100	Ni、Cr的含量高，耐熱性強(qiáng)
	SandviRP4	1050	1200	27Cr鋼，適用于高溫環(huán)境， 不適用于氧化性、還原性氣體
	Kanthal A-1	1100	1350	Cr24%、A15.5%的耐熱鋼、在高溫中機(jī)械強(qiáng)度高
	鎳鉻合金	1100	1250	Ni80%、Cr20%、適用于氧化環(huán)境，不適用于硫化、還原性氣體環(huán)境
非金屬保護(hù)管	石英管QT	1000	1050	抗熱沖擊性強(qiáng)，但機(jī)械強(qiáng)度低
	陶瓷管PT2	1400	1450	氧化鋁質(zhì)，氣密性優(yōu)
	高鋁管PT1	1500	1550	同上，抗熱沖擊性弱
	剛玉管PT0	1600	1750	高純度鋁管，抗熱沖擊性*弱
	碳化硅管 SiC	1250 1550	1350 1600	抗熱沖擊性強(qiáng)，但氣密性差 在雙保護(hù)管的外管上使用
	氮化硅管 Si3N4	1400	1600	與碳化硅管大致相同，適用于熔融鋁

鎧裝熱電偶的測量原理與帶保護(hù)管的熱電偶相同。它使用纖細(xì)的金屬管(稱為套管)作為上圖中絕緣管(陶瓷)的替代品，并使用氧化鎂(MgO)等粉末作為絕緣材料。由于其外徑較細(xì)且容易彎曲，所以*適合用來測量物體背面與狹小空隙等處的溫度。此外，與帶保護(hù)管的熱電偶相比，其反應(yīng)速度更為靈敏。鎧裝熱電偶的套管外徑范圍較廣，可以拉長加工為8.0mmф到0.5mmф的各種尺寸。芯線拉伸得越細(xì)，常用溫度上限越低。如K型熱電偶，套管外徑0.5mmф的常用溫度上限是600℃，8.0mmф的是1050℃。



 

如下圖所示，熱電阻的元件形狀有3種，目前陶瓷封裝型占主導(dǎo)地位。陶瓷封裝型用于帶保護(hù)管的熱電阻以及鎧裝熱電阻。陶瓷與玻璃封裝型的鉑線裸線直徑為幾十微米左右，云母板型的約為0.05mm。引線則使用比元件線粗很多的鉑合金線。







 

1. 安裝實(shí)例和測量誤差
熱電偶和熱電阻在設(shè)備中的安裝方法和測量誤差如下圖所示。安裝時(shí)要注意機(jī)械強(qiáng)度，特別是高溫中保護(hù)管的變形。另外，為了避免保護(hù)管的熱損失對元件溫度的影響，需要考慮流向和保護(hù)管的外形、插入長度、保溫、隔熱等問題。





2. 響應(yīng)速度
雖然鎧裝熱電偶比安裝保護(hù)管的熱電偶響應(yīng)速度快，但是，使用安裝了保護(hù)管的熱電偶，能夠增加強(qiáng)度、耐腐蝕、防熱以及易于維護(hù)。在熱導(dǎo)率大的水中和熱導(dǎo)率小的空氣中，響應(yīng)速度是不同的。下圖為帶不銹鋼保護(hù)管的具有代表性的響應(yīng)速度的示例，保護(hù)管內(nèi)徑和外徑的不同不會(huì)對響應(yīng)時(shí)間有影響。。



3. 防止保護(hù)管因卡曼振動(dòng)而破裂的措施
在管道中插入保護(hù)管時(shí)，下游會(huì)產(chǎn)生旋渦。該旋渦稱為卡曼旋渦，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)管發(fā)生卡曼振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率與保護(hù)管的固有振動(dòng)頻率一致時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，導(dǎo)致保護(hù)管破裂以及溫度檢測元件斷線。在流體為液體且流速非?？斓那闆r下，必須防止共振發(fā)生。計(jì)算保護(hù)管自身的固有頻率和卡曼旋渦頻率，選擇保護(hù)管長度和外形尺寸時(shí)，需使卡曼旋渦頻率低于保護(hù)管的固有頻率。有時(shí)候也可以降低流速。該運(yùn)算涉及到包含流體質(zhì)量和黏度等數(shù)值的應(yīng)力計(jì)算，比較復(fù)雜，可參考以下簡易計(jì)算公式。