溫度傳感器的時間常數(shù)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(guī)律把溫度轉(zhuǎn)換為可用輸出信號。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，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?，F(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)實踐的各個領(lǐng)域中，也為我們的生活提供了無數(shù)的便利和功能。

　　溫度傳感器的時間常數(shù)與滯后改善措施

　　溫度傳感器時間常數(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。

　　溫度傳感器時間常數(shù)和滯后

　　實踐證明熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計當(dāng)被測溫度突然發(fā)生變化時，其輸出會延遲一段時間，這段延遲時間△τ一般叫做純滯后或純時延。在延遲△τ后，會以近似于指數(shù)曲線的規(guī)律變化（如下圖所示），如忽略△τ，并以介質(zhì)溫度變化做計時起點，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為時間；τ為時間常數(shù)。時間常數(shù)及時反應(yīng)曲線起點的切線與平衡溫度交點A所對應(yīng)的時間，也就是輸出變化63.2%△T所需要的時間。

　　正確認(rèn)識和對待溫度傳感器的時間常數(shù)和滯后，是一個很重要的問題。其關(guān)系到能否正確測量溫度，及時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，所以是一個不容忽視的問題。

　　如何改善溫度傳感器的時間常數(shù)和滯后

　　溫度傳感器時間常數(shù)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(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、保護套管的影響。

　　溫度傳感器的時間常數(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。即安裝時要有一定的插入深度，尤其是熱電阻，插入深度不夠往往會造成較大的誤差；再就是工藝管道較細(xì)時，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方向；測量氣液相介質(zhì)的溫度時，最好測量液相溫度，因為液相溫度的動態(tài)特性及穩(wěn)定性優(yōu)于氣相溫度；必要時還可以采取在保護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

　　最重要的是測溫點的選擇，對于生產(chǎn)工藝的過程來說，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所的時候，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生一些熱流。當(dāng)環(huán)境溫度比較低的時候就會有熱量損失。導(dǎo)致溫度傳感器與被測量介質(zhì)的溫度不一致從而會產(chǎn)生測溫誤差。因此，由于熱傳導(dǎo)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(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，對于工程測溫，插入深度還跟測量對象是靜止還是流動的等一些狀態(tài)有關(guān)，例如流動的液體或高速氣流溫度的測量，不會受上述限制，插入深度也可以淺一些，具體的數(shù)值應(yīng)由實驗來確定

　　2.與測量介質(zhì)的響應(yīng)時間

　　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(dá)到一個熱度的平衡。所以，在測溫的時候我們需要將他們保持一定時間，才能夠讓兩者達(dá)到一個熱度平衡。而保持時間的長或短，就跟測溫元件的熱響應(yīng)時間有關(guān)系了。而熱響應(yīng)時間主要取決于溫度傳感器的結(jié)構(gòu)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(xiàn)滯后，而且還會因為達(dá)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(yīng)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(xì)，測量端直徑越小，其熱響應(yīng)時間就會越短。

　　3.被測介質(zhì)會使熱阻抗增加

　　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，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)是熔體的時候，在使用的過程當(dāng)中會有爐渣沉積在上面，不僅增加了溫度傳感器的響應(yīng)時間，而且還會讓指示溫度偏低，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，對溫度傳感器的使用時很有幫助。

　　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)揮自己的最大價值。接下來小編教大家如何避免誤差。

　　1：溫度傳感器安裝位置問題：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題：如熱電偶絕緣了，保護管和拉線板污垢或鹽渣過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，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達(dá)上100度。

　　3、熱阻誤差：高溫時，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(dǎo)，這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應(yīng)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，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時，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的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差別也就越大。

　　出現(xiàn)以上問題之后用戶對產(chǎn)品就可能會產(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題，按照以上幾點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，其實只要多注意是可以保證最佳的測量的，下面小編就來具體介紹一下吧。

　　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溫度等，換句話說，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?fàn)t內(nèi)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(yīng)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(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強磁場和強電場，所以不應(yīng)把熱電偶和動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介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)用熱電偶測量管內(nèi)氣體溫度時，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，保護管和拉線板污垢或鹽渣過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，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達(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溫度的變化，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時，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的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時，儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。為了準(zhǔn)確的測量溫度，應(yīng)當(dāng)擇時間常數(shù)小的熱選電偶。時間常數(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)徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時校正及更換。

　　4、熱阻誤差

　　高溫時，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(dǎo)，這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應(yīng)保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。