溫度傳感器的時(shí)間常數與滯后，溫度傳感器測溫影響因素以及溫度傳感器的誤差避免

　　溫度傳感器 temperature transducer，利用物質(zhì)各種物理性質(zhì)隨溫度變化的規律把溫度轉換為可用輸出信號。溫度傳感器是溫度測量?jì)x表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類(lèi)，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(lèi)?，F代的溫度傳感器外形非常得小，這樣更加讓它廣泛應用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無(wú)數的便利和功能。

　　溫度傳感器的時(shí)間常數與滯后改善措施

　　溫度傳感器時(shí)間常數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、滯后小的溫度傳感器外，還應保證合理插入深度和正確安裝方法，才能保證溫度測量準確性、溫度控制系統的穩定性和控制質(zhì)量。

　　溫度傳感器時(shí)間常數和滯后

　　實(shí)踐證明熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計當被測溫度突然發(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 )以近似于指數曲線(xiàn)的規律變化（如下圖所示），如忽略△τ，并以介質(zhì)溫度變化做計時(shí)起點(diǎn)，則上述曲線(xiàn)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。時(shí)間常數及時(shí)反應曲線(xiàn)起點(diǎn)的切線(xiàn)與平衡溫度交點(diǎn)A所對應的時(shí)間，也就是輸出變化63.2%△T所需要的時(shí)間。

　　正確認識和對待溫度傳感器的時(shí)間常數和滯后，是一個(gè)很重要的問(wèn)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。其對溫度控制系統的穩定性及控制質(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)間常數和滯后

　　溫度傳感器時(shí)間常數和滯后的大小，取決于元件的熱容量和熱阻。因為溫度傳感器升溫需要吸收一定的熱量，其變化1℃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，這和元件的結構、大小都有直接的關(guān)系。金屬是熱的良導體，熱阻的大小常受溫度傳感器的氣隙、絕緣物、保護套管的影響。

　　溫度傳感器的時(shí)間常數和滯后較大，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的穩定性有很大的影響。所以在現場(chǎng)應用中，除應該選擇時(shí)間常數和滯后較小的溫度傳感器外，還應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(zhù)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，因為液相溫度的動(dòng)態(tài)特性及穩定性?xún)?yōu)于氣相溫度；必要時(shí)還可以采取在保護管與熱元件間填充金屬屑或其它導熱材料（鎧裝熱電偶或鎧裝鉑電阻就是在保護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。

　　影響溫度傳感器測溫效果的因素

　　1.插入測量介質(zhì)的深度

　　最重要的是測溫點(diǎn)的選擇，對于生產(chǎn)工藝的過(guò)程來(lái)說(shuō)，測量溫度的位置，要具有典型性和代表性，不然就失去了測量的意義。在溫度傳感器插入被測量場(chǎng)所的時(shí)候，沿著(zhù)傳感器的長(cháng)度方向將會(huì )產(chǎn)生一些熱流。當環(huán)境溫度比較低的時(shí)候就會(huì )有熱量損失。導致溫度傳感器與被測量介質(zhì)的溫度不一致從而會(huì )產(chǎn)生測溫誤差。因此，由于熱傳導而引起的測量誤差，跟插入的深度有關(guān)。而插入深度又與保護管的材質(zhì)有關(guān)系。

　　在不同的材質(zhì)中，由于金屬保護管的導熱性能好，它插入深度應該深一些，而陶瓷材料絕熱性能好一些，可插入淺一些。有些方面，對于工程測溫，插入深度還跟測量對象是靜止還是流動(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量，不會(huì )受上述限制，插入深度也可以淺一些，具體的數值應由實(shí)驗來(lái)確定

　　2.與測量介質(zhì)的響應時(shí)間

　　溫度傳感器中接觸法測溫的基本原理是測溫元件要跟被測對象達到一個(gè)熱度的平衡。所以，在測溫的時(shí)候我們需要將他們保持一定時(shí)間，才能夠讓兩者達到一個(gè)熱度平衡。而保持時(shí)間的長(cháng)或短，就跟測溫元件的熱響應時(shí)間有關(guān)系了。而熱響應時(shí)間主要取決于溫度傳感器的結構以及測量的條件，差別很大。因此，一般普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后，而且還會(huì )因為達不到熱度平衡而產(chǎn)生一些測量誤差。

　　所以，我們最好選擇響應速度比較快的傳感器。對溫度傳感器而言除了保護管影響外，還有就是感溫元件的測量端直徑大小也是其主要因素，即感溫元件越細，測量端直徑越小，其熱響應時(shí)間就會(huì )越短。

　　3.被測介質(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，如果被測量的介質(zhì)形態(tài)為氣態(tài)時(shí)，那么保護管表面沉積的一些灰塵等將燒熔在保護管的表面上，使得保護管加厚，它的熱阻抗增大。如果被測介質(zhì)形態(tài)是熔體的時(shí)候，在使用的過(guò)程當中會(huì )有爐渣沉積在上面，不僅增加了溫度傳感器的響應時(shí)間，而且還會(huì )讓指示溫度偏低，從而出現偏差，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管直徑的8～10倍。不該把溫度傳感器和動(dòng)力電纜線(xiàn)裝在同一根導管內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，保護管和拉線(xiàn)板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴重，這不僅會(huì )引起熱電勢的損耗而且還會(huì )引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達上100度。

　　3、熱阻誤差：高溫時(shí)，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導，這時(shí)溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應保持熱電偶保護管外部的清潔，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溫度的變化，在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測量滯后越大，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。

　　出現以上問(wèn)題之后用戶(hù)對產(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量的，下面小編就來(lái)具體介紹一下吧。

　　1、安裝不當引入的誤差

　　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(huà)說(shuō)，熱電偶不應裝在太靠近門(mén)和加熱的地方，插入的深度至少應為保護管直徑的8～10倍;熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使爐內熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)100℃;熱電偶的安裝應盡可能避開(kāi)強磁場(chǎng)和強電場(chǎng)，所以不應把熱電偶和動(dòng)力電纜線(xiàn)裝在同一根導管內以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測介質(zhì)很少流動(dòng)的區域內，當用熱電偶測量管內氣體溫度時(shí)，必須使熱電偶逆著(zhù)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，保護管和拉線(xiàn)板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴重，這不僅會(huì )引起熱電勢的損耗而且還會(huì )引入干擾，由此引起的誤差有時(shí)可達上百度。

　　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溫度的變化，在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測量滯后越大，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。當用時(shí)間常數大的熱電偶測溫或控溫時(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。為了準確的測量溫度，應當擇時(shí)間常數小的熱選電偶。時(shí)間常數與傳熱系數成反比，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，除增加傳熱系數以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導熱性能好的材料，管壁薄、內徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無(wú)保護套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應及時(shí)校正及更換。

　　4、熱阻誤差

　　高溫時(shí)，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導，這時(shí)溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。