温度传感器安装,接触式与非接触式的关键差异,一篇文章讲透!
时间: 2021-10-10 23:19:15 浏览次数:0
想象一下:你负责的生产线温度监控系统突然报警,排查后发现竟是传感器安装位置偏移了几毫米;或是关键设备的表面温度测量总是忽高忽低,怎么也找不准原因…这些看似棘手的难题,往往根源在于对传感器安装方式的深层差异理解不足。温度测量看似基础,但能否测准,第一步——安装,至关重要。接触式与非接触式这两类主流温度传感器,因其工作原理本质不同,带来了天壤之别的安装逻辑。选错了方法或用错了地方,再精密的传感器也是徒劳。本文将深入解析这两类传感器在安装上的核心差异,助你规避常见陷阱,让温度测量真正精准可靠。
一、 原理迥异:安装差异的根源
- 接触式温度传感器:
- 工作原理: 依靠物理接触,通过热传导使传感器感温元件(如热电偶结点、热敏电阻、RTD元件)的温度无限接近被测物体表面的温度,进而测量。
- 典型代表: 热电偶、热电阻(RTD/Pt100)、热敏电阻(NTC/PTC)、双金属温度计等。
- 非接触式温度传感器:
- 工作原理: 利用红外辐射原理。所有高于绝对零度(-273.15°C)的物体都会向外发射红外辐射能,其强度与物体表面温度相关。传感器通过光学系统接收目标的红外辐射能量,并将其聚焦到探测器上,转换为电信号,再计算出温度值。
- 典型代表: 红外测温仪(点式)、红外热像仪(成像式)。
核心差异: 接触式依赖热传导,要求紧密、可靠的热接触;非接触式依赖辐射能传递,要求清晰、无干扰的“视线”路径。这从根本上决定了它们安装方式的不同。
二、 安装核心差异:从方式到位置
- 安装方式:
- 接触式:
- 核心目标:最大化热传导效率。
- 直接安装: 传感器感温部分必须与被测物表面稳固、大面积接触。常用方式包括:
- 螺纹安装: (如热电偶套管、热电阻保护管) 旋入预留的螺纹孔中。这是最可靠、最常用方式,需确保螺纹匹配、旋紧且涂抹导热硅脂以填充微小空隙改善导热。
- 卡套/夹具安装: 通过卡箍、弹簧夹等将传感器压紧在平面或管道上。需施加足够的、均匀的压力保证接触良好。常配合导热胶或导热胶带使用。
- 粘接安装: 使用高强度导热胶或导热双面胶将传感器(尤其贴片式)直接粘在被测物表面。需确保胶层薄而均匀,无气泡,且粘接力满足环境要求。
- 埋入/浸入式: 如测量液体或固体内部温度时,传感器(带保护管)直接插入介质中。需确保密封性(防泄漏、防腐蚀介质侵入传感器)。
- 关键考虑: 接触热阻、安装应力、密封性是成败核心。不当的安装会引入显著测量误差,有时误差甚至超过传感器本身的精度等级。
- 非接触式:
- 核心目标:确保清晰、无遮挡的“视线”对准目标区域,并准确设置发射率。
- 无需物理接触: 传感器(探头或镜头)只需稳定指向被测目标区域。
- 常用方式:
- 支架/云台固定: 通过三脚架、固定支架、万向云台等将红外测温仪或热像仪安装到位。需确保稳固,避免振动导致瞄准偏移。
- 法兰/开孔安装: 某些工业在线式红外传感器通过法兰安装在设备外壳上,镜头通过开孔对准内部目标(如炉内物料)。
- 关键考虑: 视场角大小、目标距离(D:S比)、瞄准精确度、环境光/热干扰源规避、镜头清洁度至关重要。测量点漂移或视场中有干扰物(如蒸汽、灰尘)会导致巨大误差。
- 测量点的位置选择:
- 接触式:
- 位置受限: 必须贴合在需要测量的具体物理点上。
- 代表性: 选择能真实反映被测对象温度的点位。例如测量管道流体温度时,插入深度需足够(通常需插入到管道中心线1/3至1/2处),避开阀门、弯头等湍流区域;测量表面温度时,需避开散热片边缘或靠近冷源的区域。
- 干扰因素: 需考虑传感器本身对被测点的局部冷却/加热效应(尤其小体积、低热容对象)。
- 非接触式:
- 位置灵活: 只要光学路径畅通,可在距目标一定范围内灵活选择安装点。
- 区域覆盖: 关注目标区域的大小和形状。红外测温仪测量的是其视场角(由光学系统决定,通常用距离与光点尺寸比D:S表示)覆盖区域的平均温度。必须确保被测目标完全覆盖住仪器的测量光斑。热像仪则关注整个成像画面。
- 环境干扰规避: 安装位置必须避开强光直射镜头、存在烟雾/蒸汽/灰尘遮挡、以及在传感器和目标之间存在其他高温热源反射的路径。这些是造成非接触测量失准的最常见原因。
三、 安装环境的适应性
- 接触式:
- 优势场景: 恶劣光学环境(如烟尘、蒸汽弥漫)、测量内部或密闭空间温度(如管道内流体、电机绕组)、需要极高精度且条件允许良好接触的场合、目标发射率未知或变化。
- 挑战:
- 机械冲击/振动: 需选择抗震设计或加强固定,防止松动或损坏。
- 高温/腐蚀: 必须依赖耐高温、耐腐蚀的保护套管(如不锈钢310、Inconel 600、陶瓷、石英等),这会增加响应时间并可能引入传导误差。
- 高压: 需要高压密封接头和保护套管。
- 移动物体: 接触测量通常难以实现。
- 电气干扰(EMI): 热电偶等传感器信号微弱,需屏蔽电缆并远离强电干扰源。
- 对象脆弱/小热容: 传感器接触可能改变被测点温度。
- 非接触式:
- 优势场景: 运动物体测温(如生产线上的工件、旋转机械)、远距离测量、极端高温(如冶金、玻璃熔炉表面,超出了接触式传感器的极限)、无法物理接触的表面(如带电体、危险区域)、快速扫描大面积(热像仪)、避免传感器污染或磨损。
- 挑战:
- 光学干扰: 对烟雾、灰尘、蒸汽、雨水、油污等遮挡物极度敏感,会衰减辐射信号导致测量值偏低。强环境光(如阳光直射)或背景热源反射会导致严重误差。安装时必须确保光路尽可能洁净,并规避干扰源。
- 发射率: 被测物表面发射率必须准确设定(或可精确补偿)。发射率受材质、氧化程度、颜色、粗糙度等影响。对高反光(低发射率)物体(如光亮金属)测量尤为困难。
- 大气吸收: