化工、冶金等行業(yè)高溫設(shè)備表面溫度測(cè)量和火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)采用長(zhǎng)線型熱檢測(cè)器是常用方法，昌暉儀表對(duì)比連續(xù)熱電偶測(cè)溫電纜、電阻型測(cè)溫電纜和低溫熔點(diǎn)鹽測(cè)溫電纜在表面溫度測(cè)量和火災(zāi)探測(cè)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)，為大家構(gòu)建表面溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供建議。

在化工、冶金等生產(chǎn)中，對(duì)一些在高溫下工作的設(shè)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(dāng)襯里損壞時(shí)，爐殼表面的局部溫度可能會(huì)升高，形成一個(gè)“熱點(diǎn)”或“ 熱區(qū)”。反應(yīng)器金屬殼體溫度過(guò)高會(huì)使其機(jī)械強(qiáng)度下降，有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞并造成人員的傷亡。

可以在反應(yīng)器殼體表面涂變色漆，當(dāng)殼體局部溫度過(guò)高時(shí)，相應(yīng)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(jì)不定期地對(duì)反應(yīng)器表面溫度進(jìn)行檢查。但是，對(duì)一些重要的設(shè)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(gè)獨(dú)立的溫度傳感器來(lái)測(cè)量整個(gè)表面的溫度，但這樣做需要一個(gè)龐大且極其復(fù)雜的監(jiān)視裝置，維護(hù)工 作量大且可靠性較差。

設(shè)備表面溫度監(jiān)測(cè)和火災(zāi)探測(cè)報(bào)警比較好的方法是采用長(zhǎng)線型熱檢測(cè)器，典型的有：電阻型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)，連續(xù)熱電偶型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)和低熔點(diǎn)鹽表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

典型系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1、電阻型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)
一根金屬導(dǎo)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(fù)的溫度系數(shù)NTC，即溫度升高時(shí)其電阻值下降。測(cè)量?jī)蓪?dǎo)體間充填絕緣物質(zhì)的電阻變化來(lái)檢測(cè)溫度。

傳感器嵌入直徑6mm的不銹鋼保護(hù)管內(nèi)。為保證具有良好的熱傳導(dǎo)，在保護(hù)管內(nèi)充有氦氣。傳感器的電阻值是溫度的對(duì)數(shù)函數(shù)。在典型熱點(diǎn)溫度(300-450℃)下，每升高100℃?zhèn)鞲衅麟娮璐蠹s下降到原來(lái)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(wàn)個(gè)磁珠，他們將兩根導(dǎo)體分開(kāi)使之不相互接觸。傳感器可看做許多個(gè)電阻并聯(lián)，整個(gè)回路的電阻值取決于最小的電阻(即溫度最高的熱點(diǎn))值。當(dāng)整個(gè)回路電阻低于設(shè)定數(shù)值時(shí)，相關(guān)儀表電路發(fā)出報(bào)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(hào)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳送。他也可以在危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用。

電阻型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)非?？煽?，它可以檢測(cè)回路上大段溫度的大變化。但它不能確定熱點(diǎn)的溫度，也不能指出其位置所在。它的主要缺點(diǎn)是當(dāng)反應(yīng)器殼體的工作溫度高于200℃時(shí)其靈敏度較低。另外，由于埋在陶瓷墊珠間的兩根導(dǎo)體的間距誤差，從一個(gè)熱點(diǎn)位置到另一個(gè)熱點(diǎn)位置可能會(huì)有±14℃的誤差。一般，報(bào)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(cè)系統(tǒng)的布局根據(jù)操作溫度，熱點(diǎn)溫度和預(yù)計(jì)熱點(diǎn)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(duì)于關(guān)鍵部分，最好采用冗余布置的方式，這樣即使一個(gè)回路由于機(jī)械損壞等意外情況出現(xiàn)故障時(shí)，也能保證安全。

兩個(gè)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(gè)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(cè)量技術(shù)的傳感器，及時(shí)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(chǎng)重新進(jìn)行校驗(yàn)。

2、連續(xù)熱電偶表面溫度檢測(cè)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?jī)筛鶎?dǎo)體是一對(duì)不同材料的熱電偶導(dǎo)體，導(dǎo)體間用具有負(fù)溫度系數(shù)NTC的特殊絕緣材料分隔開(kāi)，連續(xù)熱電偶結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)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(guò)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(zhǎng)度上，若某點(diǎn)的溫度超過(guò)電纜其余部分各點(diǎn)上的溫度時(shí)，在此點(diǎn)熱電偶兩導(dǎo)體間具有NTC特性的絕緣材料的電阻將減少。從而形成一個(gè)“臨時(shí)熱點(diǎn)”T1。若在另一時(shí)刻，電纜上又出現(xiàn)一個(gè)溫度更高的點(diǎn)T2，則T2點(diǎn)處的電阻小于T1點(diǎn)處的電阻，在T2點(diǎn)處形成新的“臨時(shí)熱點(diǎn)”?！芭R時(shí)熱點(diǎn)”總是對(duì)應(yīng)著電纜上溫度最高的點(diǎn)。臨時(shí)形成的熱電偶連續(xù)具有與常規(guī)單點(diǎn)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(cè)系統(tǒng)與電阻型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)不同。電阻型表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)測(cè)量?jī)蓪?dǎo)體間的電阻值來(lái)推斷溫度的，由于兩導(dǎo)體端間的電阻值取決于整個(gè)敏感電纜上的平均溫度。因此它不能測(cè)得熱電的實(shí)際溫度，連續(xù)熱電偶表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)則不然，它測(cè)量的是熱電偶產(chǎn)生的電壓(熱電勢(shì))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(dǎo)體間的電氣連接情況發(fā)生變化，在受熱點(diǎn)形成熱電偶的“臨時(shí)熱點(diǎn)”。由于并不測(cè)量電阻的實(shí)際數(shù)值，因此器大小并無(wú)特殊意義，在連續(xù)熱電偶上，電阻值最低的點(diǎn)被認(rèn)為是溫度最高的點(diǎn)，在此點(diǎn)產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(gè)熱電偶并聯(lián)時(shí)其輸出電壓對(duì)應(yīng)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(diǎn)處的端電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其余部分的端電阻，因此其輸出電壓總是近似對(duì)應(yīng)于電纜感受到的最高溫度計(jì)。采用高輸入阻抗的檢測(cè)儀表與連續(xù)熱電偶相連對(duì)于連續(xù)熱電偶而言幾乎相當(dāng)于無(wú)負(fù)載故絕緣電阻的變化對(duì)儀表的知識(shí)穩(wěn)定性沒(méi)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(xiǎn)區(qū)域內(nèi)使用，連續(xù)熱電偶的溫度-熱電勢(shì)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(shì)特性曲線如圖3所示。

圖3 連續(xù)熱電偶溫度-熱電勢(shì)特性曲線

連續(xù)熱電偶檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，是能連續(xù)指示沿電纜長(zhǎng)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(shè)定超溫報(bào)警限和溫升速率報(bào)警限，是一種較理想的表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)。在高于230℃以上的場(chǎng)合下工作，其壽命稍縮短且響應(yīng)變慢。

3、低熔點(diǎn)鹽表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)
在低熔點(diǎn)鹽表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，兩根導(dǎo)體之間用一種具有明確熔點(diǎn)的低熔點(diǎn)鹽充填，測(cè)溫電纜相當(dāng)于一組并聯(lián)的開(kāi)關(guān)。在低于熔點(diǎn)的溫度下，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)；當(dāng)沿電纜長(zhǎng)度上的其他點(diǎn)溫度超過(guò)低熔點(diǎn)鹽的熔點(diǎn)時(shí)，鹽被熔化相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通，發(fā)出報(bào)警。低熔點(diǎn)鹽的熔點(diǎn)對(duì)應(yīng)于報(bào)警溫度，它是不可調(diào)整的。

低熔點(diǎn)鹽表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單且價(jià)格相對(duì)較低，但在報(bào)警前無(wú)任何指示信息，因此也就不可能采取措施設(shè)法避免報(bào)警發(fā)生，在作用后一般必須更換測(cè)溫電纜，因此他不能進(jìn)行模擬報(bào)警試驗(yàn)。

在使用低熔點(diǎn)鹽表面溫度檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)，最好同時(shí)使用兩種不同熔點(diǎn)的測(cè)溫電纜，熔點(diǎn)較低的用于預(yù)報(bào)警，熔點(diǎn)較高的用于報(bào)警。

對(duì)重要的高溫設(shè)備表面溫度測(cè)量采用長(zhǎng)線型連續(xù)熱電偶測(cè)溫性價(jià)比和可靠性較高，更容易與保護(hù)系統(tǒng)配合使用，在實(shí)際損失發(fā)生前發(fā)出警告或自動(dòng)停車，從而避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。
作者：強(qiáng)天馳

相關(guān)閱讀
連續(xù)熱電偶的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
連續(xù)熱電偶在圓筒出煤倉(cāng)實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用