溫度傳感器、熱套管和響應(yīng)時間

溫度傳感器、熱套管和響應(yīng)時間

熱套管保護(hù)溫度傳感器免受惡劣介質(zhì)的影響。不利的一面是，這些配件會增加熱響應(yīng)時間。因此，準(zhǔn)確了解響應(yīng)時間成為控制流程和系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。

在現(xiàn)實世界中，即使是最好的溫度計也無法對工業(yè)過程中的溫度變化立即做出響應(yīng)。一方面，介質(zhì)中的熱量需要時間才能到達(dá)傳感器。測量系統(tǒng)的各個部分也存在散熱問題。因此，測量的溫度總是滯后于實際溫度。這個時間差可能只有幾秒鐘或長達(dá)幾分鐘，但延遲是不可避免的，在選擇溫度系統(tǒng)時應(yīng)考慮在內(nèi)。

許多因素會影響溫度測量系統(tǒng)的響應(yīng)時間： 

●溫度傳感器的類型、尺寸和材料

●傳感器插入介質(zhì)的距離

●介質(zhì)類型（液體、氣體、表面等）

此外，許多工業(yè)過程要求將溫度傳感器放置在熱電偶套管內(nèi)，這也增加了響應(yīng)時間。

在某些過程中，例如加氫裂化，緩慢的響應(yīng)時間可能意味著大麻煩。例如，如果過程溫度迅速升高“一種失控的情況”在傳感器能夠檢測到變化之前，溫度可能會超過鋼制容器的設(shè)計限制并導(dǎo)致災(zāi)難性故障。

什么是熱套管以及何時使用

帶法蘭的 TR10 型熱套管專為石化行業(yè)而設(shè)計。

熱套管是設(shè)計用于保護(hù)溫度傳感器的金屬配件。這些圓柱形配件可以由不同的材料制成——不銹鋼、銅合金、耐熱鋼等——并根據(jù)工藝提供各種尺寸和厚度。熱套管通常用于管道、石化過程、陸上/海上應(yīng)用、壓縮機(jī)和合成氣工廠，以保護(hù)電子溫度計免受：

●腐蝕性和/或磨蝕性介質(zhì)

●快速移動的媒體

●極壓

熱套管的另一個好處：它們允許技術(shù)人員在不中斷工作過程的情況下更換、校準(zhǔn)和檢查傳感器。

熱套管如何影響溫度響應(yīng)時間

在溫度測量系統(tǒng)中添加一個熱套管意味著有另一層材料，熱量必須穿過該材料層，以及更多的散熱機(jī)會。影響響應(yīng)時間和精度的因素是熱套管的材料、厚度和整體尺寸。更寬、壁更厚的熱套管可增加散熱。

理想的平衡可能是簡單地使用窄的、薄壁的熱套管，與較厚的熱套管相比，它具有更快的響應(yīng)時間和更好的精度，但對于某些過程，前者可能不夠堅固。全球?qū)崽坠軓?qiáng)度計算的呼聲越來越高，這會影響熱套管設(shè)計。新版本的標(biāo)準(zhǔn)（例如 ASME PTC 19.3 TW-2016）通常會導(dǎo)致熱套管尺寸更改為更短和更厚。

如何測量熱響應(yīng)時間

有四種方法可以測量電子溫度計的響應(yīng)時間：在流動的水中、在流動的空氣中、在表面上或在固體中。ASTM E644-11 標(biāo)準(zhǔn)（測試工業(yè)電阻溫度計的標(biāo)準(zhǔn)測試方法）和 ASTM E839-11 標(biāo)準(zhǔn)（護(hù)套熱電偶和護(hù)套熱電偶電纜的標(biāo)準(zhǔn)測試方法）提供了溫度測量指南。

讓我們仔細(xì)看看水中的測量。

使用流動水法的熱套管響應(yīng)時間

使用循環(huán)水浴通過流水法測量熱響應(yīng)時間

在這個測試中，水是介質(zhì)。它以 > 0.2 m/s 的速率在層流（與湍流相反）中移動，并保持恒定溫度。溫度傳感器非常迅速地從5°C 和 30°C之間的環(huán)境初始溫度 (T 1 )移動到 T 2處的流動水。測量并記錄從 T 1到 T 2所需的時間。

測試使用三種配置：

1.      不帶熱套管的電子溫度計

2.      帶薄壁熱套管的電子溫度計

3.      帶厚壁熱套管的電子溫度計

...并測量三個比較閾值：

1.      實際溫度的 50% (t 5 )

2.      實際溫度的 63% (t 63 )

3.      在 90% 的實際溫度 (t 9 )

根據(jù)測量結(jié)果生成響應(yīng)時間圖。未確定 100% 值，因為它從未達(dá)到。

如何選擇熱套管

過程工業(yè)中的應(yīng)用通常非常具體和定制，響應(yīng)時間無法與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品相比。如果響應(yīng)時間對過程至關(guān)重要，則必須首先在實驗室中確定。

選擇和設(shè)計溫度測量系統(tǒng)時面臨的挑戰(zhàn)是使工藝參數(shù)和要求與盡可能最佳的性能和盡可能低的成本相協(xié)調(diào)。