如何改善光電傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后
如何改善光電傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后
傳感器時(shí)間常數(shù)和滯后與光電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，才能保證溫度測量準(zhǔn)確性、溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制質(zhì)量。
光電傳感器時(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)識和對待溫度傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后，是一個(gè)很重要的問題。其關(guān)系到能否正確測量溫度，及時(shí)反映被測量溫度的變化。其對溫度控制系統(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)不容忽視的問題。
如何改善光電傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后
光電傳感器時(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?，其變?℃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。
光電傳感器的時(shí)間常數(shù)和滯后較大，通?？傻綆资氲綆追昼?，因此對測量和控制溫度的影響是很大的，尤其是對溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響。所以在現(xiàn)場應(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，要使溫度傳感器對著流體的流動(dòng)方向；測量氣液相介質(zhì)的溫度時(shí)，最好測量液相溫度，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），對于熱電偶還可以采用露端式或接殼式熱電偶。
在不少工程應(yīng)用中，我們發(fā)現(xiàn)使用中的溫度傳感器套管會(huì)發(fā)生破裂現(xiàn)象，這會(huì)影響著生產(chǎn)機(jī)器運(yùn)行的安全，嚴(yán)重的時(shí)候還會(huì)發(fā)生事故。通過對傳感器套管破裂現(xiàn)象的調(diào)查，查找原因，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致溫度傳感器套管破裂的原因主要有以下幾個(gè)方面：
(1)光電傳感器套管受高速流體沖擊，載負(fù)過大，應(yīng)力超過極限，導(dǎo)致套管破裂；
(2)光電傳感器套管本身的加工缺陷，導(dǎo)致應(yīng)力集中，容易造成套管斷裂；
(3)管道振動(dòng)過大，造成溫度傳感器套管疲勞損壞；
(4)流體流經(jīng)光電傳感器套管時(shí)，誘發(fā)溫度傳感器套管振動(dòng)，即溫度傳感器套管固有頻率和流體旋渦脫落頻率產(chǎn)生共振。這種共振現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致溫度傳感器套管損壞速度加快，以致斷裂。
綜合以上幾種易導(dǎo)致溫度傳感器套管破裂的情形，我們連同熱控專業(yè)和金屬專業(yè)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)通過以下幾種方式，可以減少溫度傳感器套管破裂現(xiàn)象的發(fā)生。
(1)嚴(yán)格控制傳感器套管的插入深度。隨著插入深度的增加，保護(hù)套管的受力成平方倍的增加。所以，我們測量溫度的時(shí)候只需將溫度傳感器套管插入到流體的等溫區(qū)，而無需插到管道的中心點(diǎn)，這樣有利于縮短溫度表袋懸臂的長度，達(dá)到減小其端點(diǎn)的振幅的效果。
(2)在保證必要的傳感器套管強(qiáng)度情況下，優(yōu)化選取溫度傳感器套管的直徑。因?yàn)楫?dāng)溫度傳感器套管的直徑增加時(shí)，表袋受力呈線性增加，所以在選取表袋直徑的時(shí)候，既要合理保證套管的強(qiáng)度，又要盡可能錯(cuò)開共振危險(xiǎn)區(qū)。
(3)改變橫截面形狀，將其表面加工成結(jié)構(gòu)型式，使流體不產(chǎn)生漩渦脫落現(xiàn)象。
(4)嚴(yán)格控制檢修質(zhì)量，做好傳感器套管材質(zhì)檢查，同時(shí)還要做好探傷檢查，嚴(yán)防焊口裂縫、斷裂等異常事故的發(fā)生。
(5)系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，避免發(fā)生管道上閥門突然全開情況。在剛投運(yùn)開啟閥門的瞬間，溫度傳感器套管將承受很大的單向力，因此在系統(tǒng)剛投運(yùn)時(shí)，要緩慢地開啟閥門，讓系統(tǒng)壓力逐漸上升，盡可能減小溫度傳感器套管正面和背面的壓力差，避免套管因單向受力過大而導(dǎo)致套管斷裂事故發(fā)生。
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