如何改善光電傳感器時間常數(shù)和滯后

　　傳感器時間常數(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。

　　如何改善光電傳感器的時間常數(shù)和滯后

　　光電傳感器時間常數(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。

　　光電傳感器的時間常數(shù)和滯后較大，通常可到幾十秒到幾分鐘，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。

　　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發(fā)生破裂現(xiàn)象，這會影響著生產(chǎn)機器運行的安全，嚴(yán)重的時候還會發(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方面：

　　(1)光電傳感器套管受高速流體沖擊，載負過大，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，誘發(fā)溫度傳感器套管振動，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，保護套管的受力成平方倍的增加。所以，我們測量溫度的時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，這樣有利于縮短溫度表袋懸臂的長度，達到減小其端點的振幅的效果。

　　(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(dāng)溫度傳感器套管的直徑增加時，表袋受力呈線性增加，所以在選取表袋直徑的時候，既要合理保證套管的強度，又要盡可能錯開共振危險區(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)投運時，避免發(fā)生管道上閥門突然全開情況。在剛投運開啟閥門的瞬間，溫度傳感器套管將承受很大的單向力，因此在系統(tǒng)剛投運時，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。