【導(dǎo)讀】溫度傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后與溫度傳感器的熱容量和熱阻有關(guān)，除選用時(shí)間常數(shù)、滯后小的溫度傳感器外，還應(yīng)保證合理插入深度和正確安裝方法，才能保證溫度測(cè)量準(zhǔn)確性、溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。
溫度傳感器利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為可用輸出信號(hào)。溫度傳感器是溫度測(cè)量?jī)x表的核心部分，品種繁多。按測(cè)量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照傳感器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。現(xiàn)代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無(wú)數(shù)的便利和功能。
溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)與滯后改善措施
溫度傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后與溫度傳感器的熱容量和熱阻有關(guān)，除選用時(shí)間常數(shù)、滯后小的溫度傳感器外，還應(yīng)保證合理插入深度和正確安裝方法，才能保證溫度測(cè)量準(zhǔn)確性、溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。
溫度傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后
實(shí)踐證明熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計(jì)當(dāng)被測(cè)溫度突然發(fā)生變化時(shí)，其輸出會(huì)延遲一段時(shí)間，這段延遲時(shí)間△τ一般叫做純滯后或純時(shí)延。在延遲△τ后，會(huì)以近似于指數(shù)曲線的規(guī)律變化（如下圖所示），如忽略△τ，并以介質(zhì)溫度變化做計(jì)時(shí)起點(diǎn)，則上述曲線符合T=△T（1-e-t/τ），此式中T為溫度；△T為溫度變化；t為時(shí)間；τ為時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)及時(shí)反應(yīng)曲線起點(diǎn)的切線與平衡溫度交點(diǎn)A所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，也就是輸出變化63.2%△T所需要的時(shí)間。
正確認(rèn)識(shí)和對(duì)待溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后，是一個(gè)很重要的問(wèn)題。其關(guān)系到能否正確測(cè)量溫度，及時(shí)反映被測(cè)量溫度的變化。其對(duì)溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及控制質(zhì)量好壞，具有舉足輕重的作用，所以是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。
如何改善溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后
溫度傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后的大小，取決于元件的熱容量和熱阻。因?yàn)闇囟葌鞲衅魃郎匦枰找欢ǖ臒崃浚渥兓?℃所需要的熱量就是溫度傳感器的熱容量，熱容量越小越好。溫度傳感器傳熱又需要克服熱阻，這和元件的結(jié)構(gòu)、大小都有直接的關(guān)系。金屬是熱的良導(dǎo)體，熱阻的大小常受溫度傳感器的氣隙、絕緣物、保護(hù)套管的影響。
溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后較大，通常可到幾十秒到幾分鐘，因此對(duì)測(cè)量和控制溫度的影響是很大的，尤其是對(duì)溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響。所以在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，除應(yīng)該選擇時(shí)間常數(shù)和滯后較小的溫度傳感器外，還應(yīng)該注意溫度傳感器的安裝方式。即安裝時(shí)要有一定的插入深度，尤其是熱電阻，插入深度不夠往往會(huì)造成較大的誤差；再就是工藝管道較細(xì)時(shí)，一定要局部加粗管道，或者盡量吧溫度傳感器安裝管道的彎頭上，要使溫度傳感器對(duì)著流體的流動(dòng)方向；測(cè)量氣液相介質(zhì)的溫度時(shí)，最好測(cè)量液相溫度，因?yàn)橐合鄿囟鹊膭?dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性優(yōu)于氣相溫度；必要時(shí)還可以采取在保護(hù)管與熱元件間填充金屬屑或其它導(dǎo)熱材料（鎧裝熱電偶或鎧裝鉑電阻就是在保護(hù)管和元件之間填充高純度氧化鋁粉），對(duì)于熱電偶還可以采用露端式或接殼式熱電偶。
影響溫度傳感器測(cè)溫效果的因素
1.插入測(cè)量介質(zhì)的深度
最重要的是測(cè)溫點(diǎn)的選擇，對(duì)于生產(chǎn)工藝的過(guò)程來(lái)說(shuō)，測(cè)量溫度的位置，要具有典型性和代表性，不然就失去了測(cè)量的意義。在溫度傳感器插入被測(cè)量場(chǎng)所的時(shí)候，沿著傳感器的長(zhǎng)度方向?qū)?huì)產(chǎn)生一些熱流。當(dāng)環(huán)境溫度比較低的時(shí)候就會(huì)有熱量損失。導(dǎo)致溫度傳感器與被測(cè)量介質(zhì)的溫度不一致從而會(huì)產(chǎn)生測(cè)溫誤差。因此，由于熱傳導(dǎo)而引起的測(cè)量誤差，跟插入的深度有關(guān)。而插入深度又與保護(hù)管的材質(zhì)有關(guān)系。
在不同的材質(zhì)中，由于金屬保護(hù)管的導(dǎo)熱性能好，它插入深度應(yīng)該深一些，而陶瓷材料絕熱性能好一些，可插入淺一些。有些方面，對(duì)于工程測(cè)溫，插入深度還跟測(cè)量對(duì)象是靜止還是流動(dòng)的等一些狀態(tài)有關(guān)，例如流動(dòng)的液體或高速氣流溫度的測(cè)量，不會(huì)受上述限制，插入深度也可以淺一些，具體的數(shù)值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定
2.與測(cè)量介質(zhì)的響應(yīng)時(shí)間
溫度傳感器中接觸法測(cè)溫的基本原理是測(cè)溫元件要跟被測(cè)對(duì)象達(dá)到一個(gè)熱度的平衡。所以，在測(cè)溫的時(shí)候我們需要將他們保持一定時(shí)間，才能夠讓兩者達(dá)到一個(gè)熱度平衡。而保持時(shí)間的長(zhǎng)或短，就跟測(cè)溫元件的熱響應(yīng)時(shí)間有關(guān)系了。而熱響應(yīng)時(shí)間主要取決于溫度傳感器的結(jié)構(gòu)以及測(cè)量的條件，差別很大。因此，一般普通的溫度傳感器不僅跟不上被測(cè)對(duì)象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后，而且還會(huì)因?yàn)檫_(dá)不到熱度平衡而產(chǎn)生一些測(cè)量誤差。
所以，我們最好選擇響應(yīng)速度比較快的傳感器。對(duì)溫度傳感器而言除了保護(hù)管影響外，還有就是感溫元件的測(cè)量端直徑大小也是其主要因素，即感溫元件越細(xì)，測(cè)量端直徑越小，其熱響應(yīng)時(shí)間就會(huì)越短。
3.被測(cè)介質(zhì)會(huì)使熱阻抗增加
有種情況，在高溫下使用的溫度傳感器，如果被測(cè)量的介質(zhì)形態(tài)為氣態(tài)時(shí)，那么保護(hù)管表面沉積的一些灰塵等將燒熔在保護(hù)管的表面上，使得保護(hù)管加厚，它的熱阻抗增大。如果被測(cè)介質(zhì)形態(tài)是熔體的時(shí)候，在使用的過(guò)程當(dāng)中會(huì)有爐渣沉積在上面，不僅增加了溫度傳感器的響應(yīng)時(shí)間，而且還會(huì)讓指示溫度偏低，從而出現(xiàn)偏差，所以，我們要定期檢定外，還要為了減少誤差，經(jīng)常抽查也是很有必要的，對(duì)溫度傳感器的使用時(shí)很有幫助。
如何避免溫度傳感器的誤差
我們要避免溫度傳感器誤差，就要了解引起溫度傳感器出現(xiàn)誤差的原因，才能更好的試用溫度傳感器讓它發(fā)揮自己的最大價(jià)值。接下來(lái)小編教大家如何避免誤差。
1：溫度傳感器安裝位置問(wèn)題：安裝位置不能靠近們或者加熱的地方，至少插入深度要為保護(hù)管直徑的8～10倍。不該把溫度傳感器和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差。
2：溫度傳感器的絕緣問(wèn)題：如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上100度。
3、熱阻誤差：高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔，以減小誤差。
4、熱惰性引入的誤差：由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化，在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后，用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。
出現(xiàn)以上問(wèn)題之后用戶對(duì)產(chǎn)品就可能會(huì)產(chǎn)生懷疑，可熟不知有可能是自己不正確安裝等操作失誤所導(dǎo)致，先不要懷疑溫度傳感器問(wèn)題，按照以上幾點(diǎn)檢查溫度傳感器是否絕緣，安裝是否正確。
如何保證溫度傳感器的最佳測(cè)量
溫度傳感器在安裝和使用時(shí)，其實(shí)只要多注意是可以保證最佳的測(cè)量的，下面小編就來(lái)具體介紹一下吧。
1、安裝不當(dāng)引入的誤差
如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等，換句話說(shuō)，熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8～10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)，所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了，保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴(yán)重，這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度。
3、熱惰性引入的誤差
由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化，在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后，用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大，熱電偶波動(dòng)的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測(cè)溫或控溫時(shí)，儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小，但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測(cè)量溫度，應(yīng)當(dāng)擇時(shí)間常數(shù)小的熱選電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測(cè)量中，使用無(wú)保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。
4、熱阻誤差
高溫時(shí)，如保護(hù)管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導(dǎo)，這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔，以減小誤差。
