化工、冶金等行業(yè)高溫設備表面溫度測量和火災探測系統(tǒng)采用長線型熱檢測器是常用方法，昌暉儀表對比連續(xù)熱電偶測溫電纜、電阻型測溫電纜和低溫熔點鹽測溫電纜在表面溫度測量和火災探測應用中的優(yōu)缺點，為大家構(gòu)建表面溫度監(jiān)測系統(tǒng)提供建議。

在化工、冶金等生產(chǎn)中，對一些在高溫下工作的設備常常需要監(jiān)視其殼體表面溫度，以保證安全生產(chǎn)。例如，在加熱爐和重油氣化爐內(nèi)砌有耐火保溫磚作為襯里，當襯里損壞時，爐殼表面的局部溫度可能會升高，形成一個“熱點”或“ 熱區(qū)”。反應器金屬殼體溫度過高會使其機械強度下降，有可能導致設備損壞并造成人員的傷亡。

可以在反應器殼體表面涂變色漆，當殼體局部溫度過高時，相應部分上的漆色發(fā)生變化，定期巡 回檢查的操作人員可觀察到此現(xiàn)象。也可采用手持式紅外溫度計不定期地對反應器表面溫度進行檢查。但是，對一些重要的設備，人們常常希望 能連續(xù)監(jiān)視其表面溫度。
可以采用安裝許多個獨立的溫度傳感器來測量整個表面的溫度，但這樣做需要一個龐大且極其復雜的監(jiān)視裝置，維護工 作量大且可靠性較差。

設備表面溫度監(jiān)測和火災探測報警比較好的方法是采用長線型熱檢測器，典型的有：電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)，連續(xù)熱電偶型表面溫度檢測系統(tǒng)和低熔點鹽表面溫度檢測系統(tǒng)。

典型系統(tǒng)簡介
1、電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)
一根金屬導體同心地放入一根直徑3mm的金屬管內(nèi)，兩者之間用一種特殊的絕緣質(zhì)充填。充填物質(zhì)的電阻具有負的溫度系數(shù)NTC，即溫度升高時其電阻值下降。測量兩導體間充填絕緣物質(zhì)的電阻變化來檢測溫度。

傳感器嵌入直徑6mm的不銹鋼保護管內(nèi)。為保證具有良好的熱傳導，在保護管內(nèi)充有氦氣。傳感器的電阻值是溫度的對數(shù)函數(shù)。在典型熱點溫度(300-450℃)下，每升高100℃?zhèn)鞲衅麟娮璐蠹s下降到原來的1/15。

采用的絕緣材料分為塑料和陶瓷兩大類，較常用的是陶瓷。陶瓷材料形成千萬個磁珠，他們將兩根導體分開使之不相互接觸。傳感器可看做許多個電阻并聯(lián)，整個回路的電阻值取決于最小的電阻(即溫度最高的熱點)值。當整個回路電阻低于設定數(shù)值時，相關(guān)儀表電路發(fā)出報警。

電阻型傳感器需要外部供電，它可直接與二線制就地式變送器連接并送出4-20mA信號，從而實現(xiàn)遠距離傳送。他也可以在危險區(qū)域內(nèi)使用。

電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)非?？煽?，它可以檢測回路上大段溫度的大變化。但它不能確定熱點的溫度，也不能指出其位置所在。它的主要缺點是當反應器殼體的工作溫度高于200℃時其靈敏度較低。另外，由于埋在陶瓷墊珠間的兩根導體的間距誤差，從一個熱點位置到另一個熱點位置可能會有±14℃的誤差。一般，報警溫度與操作溫度之間必須有100℃的溫差。

電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)的布局根據(jù)操作溫度，熱點溫度和預計熱點的尺寸大小而定。傳感可以用不同的方法安裝在殼體表面上。

對于關(guān)鍵部分，最好采用冗余布置的方式，這樣即使一個回路由于機械損壞等意外情況出現(xiàn)故障時，也能保證安全。

兩個回路間的距離由假象熱電的溫度和尺寸所定。通常采用的折中方案是兩個回路的間距為100-200mm。

由于具有NTC特性的絕緣材料溫度/電阻特性曲線的不一致性，不同批量產(chǎn)品的特性曲線并不完全相同。因此，采用電阻測量技術(shù)的傳感器，及時是同一制造廠的產(chǎn)品也是不能互換的。更換傳感器后需在現(xiàn)場重新進行校驗。

2、連續(xù)熱電偶表面溫度檢測系統(tǒng)
連續(xù)熱電偶的結(jié)構(gòu)與普通礦物絕緣電纜很相似，但內(nèi)部兩根導體是一對不同材料的熱電偶導體，導體間用具有負溫度系數(shù)NTC的特殊絕緣材料分隔開，連續(xù)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 連續(xù)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖

與常規(guī)熱電偶不同，兩根熱電偶絲不需要焊接在一起，甚至不需要相互接觸，而是通過隔離它們的特殊絕緣材料形成熱電偶。在沿連續(xù)熱電偶電纜長度上，若某點的溫度超過電纜其余部分各點上的溫度時，在此點熱電偶兩導體間具有NTC特性的絕緣材料的電阻將減少。從而形成一個“臨時熱點”T1。若在另一時刻，電纜上又出現(xiàn)一個溫度更高的點T2，則T2點處的電阻小于T1點處的電阻，在T2點處形成新的“臨時熱點”?！芭R時熱點”總是對應著電纜上溫度最高的點。臨時形成的熱電偶連續(xù)具有與常規(guī)單點熱電偶連接相同的功能。

圖2 連續(xù)熱電偶工作原理

連續(xù)熱電偶表面溫度檢測系統(tǒng)與電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)不同。電阻型表面溫度檢測系統(tǒng)是通過測量兩導體間的電阻值來推斷溫度的，由于兩導體端間的電阻值取決于整個敏感電纜上的平均溫度。因此它不能測得熱電的實際溫度，連續(xù)熱電偶表面溫度檢測系統(tǒng)則不然，它測量的是熱電偶產(chǎn)生的電壓(熱電勢)而不是絕緣材料的電阻值。NTC特性的絕緣材料電阻值隨溫度升高而急劇下降，僅僅是使兩導體間的電氣連接情況發(fā)生變化，在受熱點形成熱電偶的“臨時熱點”。由于并不測量電阻的實際數(shù)值，因此器大小并無特殊意義，在連續(xù)熱電偶上，電阻值最低的點被認為是溫度最高的點，在此點產(chǎn)生的熱電勢最大。

連續(xù)熱電偶可以看做是許多支熱電偶并聯(lián)。普通熱電偶的端電阻非常小，故多個熱電偶并聯(lián)時其輸出電壓對應各熱電的平均溫度，而連續(xù)熱電偶的端電阻大，且在溫度最高點處的端電阻遠遠小于其余部分的端電阻，因此其輸出電壓總是近似對應于電纜感受到的最高溫度計。采用高輸入阻抗的檢測儀表與連續(xù)熱電偶相連對于連續(xù)熱電偶而言幾乎相當于無負載故絕緣電阻的變化對儀表的知識穩(wěn)定性沒有什么影響。

連續(xù)熱電偶不需要外部供電，它是本質(zhì)安全型的，可在危險區(qū)域內(nèi)使用，連續(xù)熱電偶的溫度-熱電勢特性曲線近似于K型熱電偶，它基本上是線性的，可與高輸入阻抗的而模擬儀表、數(shù)顯儀表、記錄儀、數(shù)據(jù)采集裝置兼容。連續(xù)熱電偶的溫度-熱電勢特性曲線如圖3所示。

圖3 連續(xù)熱電偶溫度-熱電勢特性曲線

連續(xù)熱電偶檢測系統(tǒng)的優(yōu)點，是能連續(xù)指示沿電纜長度上的最高溫度，采用特殊的方法可確定“熱電”所在位置，它易于調(diào)校，可以互換，可以設定超溫報警限和溫升速率報警限，是一種較理想的表面溫度檢測系統(tǒng)。在高于230℃以上的場合下工作，其壽命稍縮短且響應變慢。

3、低熔點鹽表面溫度檢測系統(tǒng)
在低熔點鹽表面溫度檢測系統(tǒng)中，兩根導體之間用一種具有明確熔點的低熔點鹽充填，測溫電纜相當于一組并聯(lián)的開關(guān)。在低于熔點的溫度下，相當于開關(guān)斷開；當沿電纜長度上的其他點溫度超過低熔點鹽的熔點時，鹽被熔化相當于開關(guān)接通，發(fā)出報警。低熔點鹽的熔點對應于報警溫度，它是不可調(diào)整的。

低熔點鹽表面溫度檢測系統(tǒng)較為簡單且價格相對較低，但在報警前無任何指示信息，因此也就不可能采取措施設法避免報警發(fā)生，在作用后一般必須更換測溫電纜，因此他不能進行模擬報警試驗。

在使用低熔點鹽表面溫度檢測系統(tǒng)時，最好同時使用兩種不同熔點的測溫電纜，熔點較低的用于預報警，熔點較高的用于報警。

對重要的高溫設備表面溫度測量采用長線型連續(xù)熱電偶測溫性價比和可靠性較高，更容易與保護系統(tǒng)配合使用，在實際損失發(fā)生前發(fā)出警告或自動停車，從而避免災難性事故的發(fā)生。
作者：強天馳

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