如何改善光電傳感器時(shí)間常數和滯后

　　傳感器時(shí)間常數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、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。

　　光電傳感器時(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。

　　如何改善光電傳感器的時(shí)間常數和滯后

　　光電傳感器時(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。

　　光電傳感器的時(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。

　　在不少工程應用中，我們發(fā)現使用中的溫度傳感器套管會(huì )發(fā)生破裂現象，這會(huì )影響著(zhù)生產(chǎn)機器運行的安全，嚴重的時(shí)候還會(huì )發(fā)生事故。通過(guò)對傳感器套管破裂現象的調查，查找原因，我們發(fā)現導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，載負過(guò)大，應力超過(guò)極限，導致套管破裂；

　　(2)光電傳感器套管本身的加工缺陷，導致應力集中，容易造成套管斷裂；

　　(3)管道振動(dòng)過(guò)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。這種共振現象會(huì )導致溫度傳感器套管損壞速度加快，以致斷裂。

　　綜合以上幾種易導致溫度傳感器套管破裂的情形，我們連同熱控專(zhuān)業(yè)和金屬專(zhuān)業(yè)進(jìn)行研究，發(fā)現通過(guò)以下幾種方式，可以減少溫度傳感器套管破裂現象的發(fā)生。

　　(1)嚴格控制傳感器套管的插入深度。隨著(zhù)插入深度的增加，保護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，而無(wú)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(cháng)度，達到減小其端點(diǎn)的振幅的效果。

　　(2)在保證必要的傳感器套管強度情況下，優(yōu)化選取溫度傳感器套管的直徑。因為當溫度傳感器套管的直徑增加時(shí)，表袋受力呈線(xiàn)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度，又要盡可能錯開(kāi)共振危險區。

　　(3)改變橫截面形狀，將其表面加工成結構型式，使流體不產(chǎn)生漩渦脫落現象。

　　(4)嚴格控制檢修質(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，嚴防焊口裂縫、斷裂等異常事故的發(fā)生。

　　(5)系統投運時(shí)，避免發(fā)生管道上閥門(mén)突然全開(kāi)情況。在剛投運開(kāi)啟閥門(mén)的瞬間，溫度傳感器套管將承受很大的單向力，因此在系統剛投運時(shí)，要緩慢地開(kāi)啟閥門(mén)，讓系統壓力逐漸上升，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(guò)大而導致套管斷裂事故發(fā)生。