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如果使用通常形狀的溫度傳感器(如針狀、球狀、圓柱狀等),將由于傳感器的自身形狀導(dǎo)熱干擾原溫度場(chǎng)而引起測(cè)量誤差。

因此,對(duì)于表面溫度的精確測(cè)量應(yīng)選用專用的表面溫度計(jì)。換句話說,應(yīng)選用帶有專用表面溫度傳感器的溫度計(jì)對(duì)表面溫度進(jìn)行精確的測(cè)量。

通常,專用的表面溫度傳感器是具有極薄厚度的片狀外形。

通過縱覽各種傳感器類型和技術(shù)規(guī)格表,可以清楚地發(fā)現(xiàn)表面熱電阻和表面熱電偶感應(yīng)傳感器之間的最明顯差別。在一些應(yīng)用中(如涉及在中等溫度下進(jìn)行臨時(shí)非關(guān)鍵性測(cè)量的應(yīng)用),兩種類型都足以勝任,只有價(jià)格是決定因素。一般而言,熱電偶具有更寬的工作溫度范圍和更快的響應(yīng)速度,并且價(jià)格稍微低一些。

表面熱電偶在結(jié)構(gòu)上堅(jiān)固得多,并且不受因安裝材料或方法所引起的應(yīng)變的影響。它們具有設(shè)計(jì)簡單的固有特點(diǎn),從而使成本較低。所有熱電偶表面?zhèn)鞲衅鞫季哂心軌蛟谂c表面熱電阻傳感器相比高出很多的溫度下正常工作以及響應(yīng)更加快速的特定。但是,熱電偶傳感器生成的電壓信號(hào)較低,可能需要進(jìn)行附加放大,這在電氣噪聲很高的環(huán)境中是一個(gè)缺點(diǎn)。

與表面熱電偶傳感器不同,表面熱電阻傳感器不需要參考點(diǎn)、冰浴或溫度補(bǔ)償電路。這些傳感器具有非常低的熱質(zhì)量,因此可提供真實(shí)的表面溫度測(cè)量值以及快到50 ms的響應(yīng)時(shí)間。鉑傳感器被公認(rèn)為是一種精密溫度測(cè)量傳感器,它可在-190℃~ 660℃溫度范圍來定義國際溫標(biāo)(ITS-90)。將鉑溫度計(jì)選擇作為首要標(biāo)準(zhǔn)的主要原因是,它的電阻溫度參數(shù)具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和重復(fù)性。表面熱電阻的信號(hào)輸出大小是熱電偶輸出的50~200倍。這意味著溫度測(cè)量常�？墒褂脴�(biāo)準(zhǔn)儀表來進(jìn)行。

在使用表面?zhèn)鞲衅鲿r(shí),應(yīng)注意以下兩個(gè)最重要規(guī)則

1、安裝表面?zhèn)鞲衅鲿r(shí),能夠得到最高的熱接觸和最小的機(jī)械應(yīng)力。RdF 傳感器很容易正確進(jìn)行安裝。

2、表面?zhèn)鞲衅鞅仨氝M(jìn)行絕緣或隔離,以使其溫度盡可能接近表面溫度。這是由用戶來控制的。

為了對(duì)這些問題進(jìn)行說明,圖1顯示了一個(gè)典型的表面溫度傳感器。本例中的傳感器安裝在輸送流體的管道上。實(shí)際可安裝傳感器的與流體最接近的點(diǎn)是管道外壁。如果流體流動(dòng)比較充分并且溫度波動(dòng)不嚴(yán)重,則外壁溫度將十分接近流體的溫度。

傳感器只能測(cè)量其自身溫度,必須嘗試使表面溫度與傳感器溫度相同。通過在傳感器上布置一個(gè)絕緣層以減少環(huán)境的影響并通過選擇一種在表面與傳感器之間提供良好熱接觸的安裝方法,可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

所選擇的傳感器安裝方法十分重要,因?yàn)殡m然需要良好的熱接觸,但熱膨脹系數(shù)的較大不匹配可能會(huì)引起導(dǎo)線式電阻溫度傳感器中產(chǎn)生應(yīng)變。這種應(yīng)變會(huì)產(chǎn)生電阻上的變化,可能會(huì)被誤解釋為一個(gè)溫度改變。當(dāng)安裝電阻和熱電偶傳感器時(shí),應(yīng)使引線與感應(yīng)表面接觸一段長度,以便降低感應(yīng)導(dǎo)線或結(jié)點(diǎn)的熱傳導(dǎo)效應(yīng)。

1、預(yù)期工作溫度范圍與適合所考慮的粘合劑嗎?

2、傳感器、表面和粘合劑的熱膨脹系數(shù)相近嗎?

3、粘合劑的涂布與安裝方式相容嗎?例如,如果粘合劑需要在較高溫度下固化,則在遠(yuǎn)距離安裝的情況下這會(huì)成為一個(gè)問題。

4、粘合劑安裝是針對(duì)永久性安裝還是臨時(shí)安裝?

用于安裝傳感器的粘合劑通常有以下幾種:

1、環(huán)氧樹脂粘合劑

這種粘合劑可以各種形式提供,包括液體、膏狀、薄膜和粉末等形式,當(dāng)通常使用的是雙組分粘合劑,使用之前必須將兩個(gè)組分進(jìn)行混合。固化時(shí)間從室溫下5分鐘一直到較高溫度下的幾個(gè)小時(shí)。多數(shù)環(huán)氧樹脂粘合劑在基體樹脂中加有填料,使它們適合填充縫隙或在傳感器上涂層。

2、氰基丙烯酸酯粘合劑

這些粘合劑為超快速固化型粘合劑。它們?cè)谑覝叵略?0~60秒內(nèi)即可固化。它們的使用受到溫度和濕度的限制。由于多數(shù)氰基丙烯酸酯基粘合劑不含填料或填充空洞的能力有限,因此被粘部件之間必須緊密接觸。

3、硅橡膠粘合劑

硅橡膠粘合劑的優(yōu)點(diǎn)是具有橡膠彈性,可在傳感器與表面之間提供一種富有彈性的低應(yīng)力粘接。它們以單組分或雙組分膏狀形式提供,甚至可以雙面膠帶的形式提供,這種膠帶可瞬間被粘貼在傳感器和表面上。它們具有非常寬的使用溫度范圍。膏狀的硅橡膠粘合劑需要的固化時(shí)間較長,如果在所需使用溫度之上沒有固化,粘合劑可能會(huì)逆轉(zhuǎn)為原狀。

4、聚酰亞胺粘合劑

有幾個(gè)系列的聚合物粘合劑可提供優(yōu)異的粘接力和高溫穩(wěn)定性。但是,它們必須在仔細(xì)控制的溫度和壓力下進(jìn)行固化。這就使得現(xiàn)場(chǎng)安裝十分困難。

5、陶瓷粘合劑

陶瓷粘合劑或粘結(jié)劑的優(yōu)點(diǎn)是具有非常高的使用溫度。它們可以膏狀形式來使用,里面添加有金屬氧化物填料,以一種酸作為粘料。它們通常需要較高溫度才能固化。固化之后,陶瓷粘結(jié)劑一般堅(jiān)硬、易碎并具有吸濕性。

6、溶劑釋放型粘合劑

一些常見的較便宜的粘合劑需要從樹脂材料中釋放出溶劑以形成粘接層。應(yīng)該注意,如果傳感器對(duì)于該溶劑不具有滲透性,則粘合劑將不會(huì)正確固化。在選擇這些粘合劑時(shí)應(yīng)加以小心。選擇了粘合劑后,必須制定一個(gè)可用來一致性地安裝傳感器的步驟。

下面是典型安裝步驟的一般指南

表面準(zhǔn)備(圖2)

安裝表面?zhèn)鞲衅鞯淖钪匾�步驟之一就是正確地準(zhǔn)備傳感器和安裝表面。臟物、沙礫、油脂和手指印等可充當(dāng)一種脫模劑,會(huì)影響傳感器與表面的正確粘接。傳感器和表面必須至少用一塊蘸有乙醇、丙酮、甲乙酮或甲苯的清潔布進(jìn)行清潔。注意:一些表面可能會(huì)受到某些溶劑的不利影響,建議使用溶劑在表面上進(jìn)行預(yù)先試驗(yàn)。對(duì)于金屬或光亮的硬表面,通常需要對(duì)面層進(jìn)行粗糙化處理以獲得更好的粘接效果�？赏ㄟ^輕度噴砂處理或手工磨料打磨來提高粗糙度。粗糙處理完成之后,應(yīng)使用清潔空氣來去除砂礫,然后用溶劑通過上面所述方法進(jìn)行清潔。

粘合劑準(zhǔn)備

在選擇了粘合劑之后,應(yīng)仔細(xì)參閱廠商使用說明。應(yīng)特別注意混合比例、固化說明和儲(chǔ)存時(shí)間。如果有超過廠商提出的使用限制的可能,則應(yīng)向廠商咨詢,以征求意見或建議。制定安裝步驟時(shí),應(yīng)遵循廠商提出的限值或容差。

安裝(圖3和4)

首先應(yīng)將傳感器保持在要進(jìn)行安裝的區(qū)域以檢查有無尺寸或輪廓問題。應(yīng)確定一種可緩解應(yīng)力并提供散熱的引線固定方法。當(dāng)完成所有安裝前準(zhǔn)備工作之后,向傳感器和表面上涂布粘合劑,并將傳感器推到位以擠出過量的粘合劑。較薄的膠水層與較厚的膠水層相比可產(chǎn)生更好的溫度測(cè)量結(jié)果。如果將柔性傳感器安裝在彎曲的表面上,電阻纏繞方向應(yīng)與彎曲部分垂直以降低應(yīng)力效應(yīng)。固化過程中應(yīng)向傳感器施一定的壓力,以保證整個(gè)傳感器粘接在表面輪廓上。壓力可通過夾在傳感器上的一個(gè)橡膠墊來施加。橡膠的彈性可向傳感器施加相等的壓力。應(yīng)在橡膠墊上涂一層脫模劑或Teflon® 涂層以防止粘合劑粘在橡膠上。

電氣檢查

粘合劑固化之后,必須將夾子卸下,將絕緣層覆于傳感器上,并將引線與儀表導(dǎo)線相連。此時(shí),應(yīng)使用一塊萬用表來進(jìn)行電氣連續(xù)性測(cè)試。如果傳感器是一個(gè)熱電阻,則可在電阻-溫度關(guān)系表上找到一個(gè)估計(jì)電阻值。對(duì)于熱電偶傳感器,可將一塊伏特表與引線相連,通過向感應(yīng)區(qū)域施以一定熱量,將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)信號(hào),從而確認(rèn)傳感器的完整性并確定導(dǎo)線的極性。當(dāng)安裝表面為導(dǎo)電表面時(shí),應(yīng)檢查傳感器與表面之間的短接狀況,方法是檢查表面與傳感器引線之間的連續(xù)性。對(duì)于一個(gè)接地?zé)犭娕?這應(yīng)該是一個(gè)完全短路;對(duì)于所有其他傳感器,萬用表應(yīng)指示出至少1 MΩ的電阻值。

剛性傳感器

帶有剛性金屬外殼的傳感器也可粘接在表面上,單通常更多是通過機(jī)械方法進(jìn)行安裝,如焊接、釬焊、螺絲固定或夾持。使用剛性傳感器是為了針對(duì)苛刻環(huán)境提供堅(jiān)固耐用的傳感器,這樣,除了釬焊或焊接過程中的過度熱量除外,上述的安裝技術(shù)將不會(huì)使傳感器損壞。傳感器損壞的最常見原因是引線的應(yīng)力消除不充分。在傳感器經(jīng)受摩擦或其他大量機(jī)械接觸的場(chǎng)合,建議使用帶不銹鋼編織層或鎧裝護(hù)套的電纜。安裝之后,應(yīng)進(jìn)行上述的電氣檢查。

A. 將腫瘤細(xì)胞冷凍以供將來研究之用。

B. 將從尸體上取下的皮膚組織進(jìn)行冷凍以便在燒傷病人身上進(jìn)行移植。

C. 對(duì)動(dòng)物精子進(jìn)行冷凍以便將來授精和特殊繁育。

活性組織中主要成分為水,隨著冷凍的進(jìn)行,水將會(huì)膨脹,從而引起細(xì)胞中產(chǎn)生摩擦,并可能將樣本破壞。因此,小心地控制冷凍速度是極為重要的。在這種應(yīng)用中,可以使用一個(gè)表面熱電偶�？梢赃x擇一個(gè)T型熱電偶,因?yàn)樗�具有已公布�?℃以下誤差限值。由于熱電偶珠的熱質(zhì)量很低,它可以精確地跟隨樣本的冷卻過程。在樣本溫度穩(wěn)定之后,可以將它移動(dòng)到一個(gè)儲(chǔ)存區(qū)內(nèi),并可將熱電偶取下以便在另外一個(gè)容器上使用。在此情況下,可以方便地使用一種硅橡膠壓敏粘合劑

二、模具溫度傳感器(圖6)

成型塑料箱盒的廠商需要對(duì)模具內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量用于指示出溫度的變化,并對(duì)循環(huán)速度進(jìn)行控制以優(yōu)化生產(chǎn)、減少殘次品。由于模具具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)形式,因此使用典型浸沒式傳感器時(shí)需要進(jìn)行很大改動(dòng),經(jīng)證明成本較高。另外,常規(guī)熱電偶傳感器的通常熱質(zhì)量也會(huì)阻止傳感器指示出真實(shí)模具溫度。可以將一個(gè)金屬箔熱電偶安裝到成型腔的內(nèi)側(cè)壁上,由于它的熱質(zhì)量極小,因此對(duì)任何變化都會(huì)迅速產(chǎn)生響應(yīng)。這種形式的傳感器易于安裝,可將引線布置在模具中各種部件之間。

三、結(jié)構(gòu)測(cè)量(圖7)

復(fù)雜軍用噴氣式飛機(jī)的廠商需要在飛機(jī)試驗(yàn)飛行期間對(duì)各種結(jié)構(gòu)上的多種溫度進(jìn)行測(cè)量。這些測(cè)量可幫助在生產(chǎn)開始之前檢測(cè)設(shè)計(jì)缺陷,并在原型機(jī)上對(duì)性能 進(jìn)行優(yōu)化。傳感器必須具有非常寬的溫度范圍,因?yàn)闇囟瓤稍?a href="/baike/list_464.html">發(fā)動(dòng)機(jī)附近500°F與機(jī)翼末端的零度以下之間變化。傳感器必須還要具有很小的質(zhì)量,以便不影響極微小部件的正常功能。像聚酰亞胺絕緣柔性傳感器就非常適合這種測(cè)量。聚酰亞胺是一種熱穩(wěn)定材料,而這種傳感器加上引線的重量還不到6克。Teflon® 絕緣引線很容易與連接器或儀表進(jìn)行連接。Teflon® 和聚酰亞胺對(duì)于航空工業(yè)中使用的多數(shù)燃料、溶劑、液壓油、清潔劑和其他化學(xué)品都具有化學(xué)惰性。這些傳感器也很容易使用通常的環(huán)氧樹脂粘合劑來安裝。

四、鍋爐管測(cè)量(圖8)

鍋爐管用于輸送壓力和溫度都很高的水。這些管通常被捆束在一起,中間的間隙很小。由于流動(dòng)限制會(huì)影響鍋爐性能并且管之間缺乏間隙,因此進(jìn)行溫度測(cè)量的最好方法是進(jìn)行外部表面測(cè)量。剛性帶夾具的表面溫度傳感器就非常適合進(jìn)行這種測(cè)量。它的感應(yīng)片出廠成形以與管的半徑相配�？蓪�傳感器夾持或焊接到管上,并將引線布置到管束另一側(cè)的連接點(diǎn)。此時(shí),傳感器成為裝置中的一個(gè)永久性部件,其堅(jiān)固程度足以耐受正常維護(hù)過程中的非故意性過度接觸。

五、能源管理(圖9)

鑒于高昂的能源成本,對(duì)于多數(shù)大型設(shè)施來說,能源管理系統(tǒng)已成為不可缺少的部分。當(dāng)在舊建筑中安裝這些系統(tǒng)時(shí),需要對(duì)最初建造該建筑時(shí)安裝的管道進(jìn)行溫度測(cè)量。承包商不知道這種管道的材料或狀況,因此不愿意進(jìn)行任何加工,因?yàn)樗麄儞?dān)心管道發(fā)生斷裂或故障將需要進(jìn)行昂貴的維修。配備有一個(gè)管道夾的表面溫度 傳感器適合這種應(yīng)用�？梢詫�(duì)夾子進(jìn)行選擇以配合管道尺寸。傳感器可由人員安裝在空間狹小的位置,無需事先培訓(xùn)。由于安裝簡便,因此它適用于在建立系統(tǒng)時(shí)作為一種永久型或臨時(shí)測(cè)量方法。