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        全面分析校準溫度傳感器8個失敗的原因和防止失敗的方法

        發布時間:2019-07-22 08:53:11來源:


        為什么我的溫度傳感器無法校準?
              溫度是世界上最常測量的參數。溫度傳感器用于設計用于測量溫度的儀器。準確地說,所有溫度傳感器必須根據已知標準進行校準。校準期間僅檢查短期穩定性。應該由用戶監控和確定長期穩定性。
        有時,溫度傳感器可能在校準期間失敗。即使溫度傳感器在送入校準之前似乎正常運行,也會發生這種情況。本文給出了溫度傳感器故障的一些基本原因,并提供了一些建議,以確保其準確性并最大限度地延長其使用壽命。此外,還給出了每種溫度傳感器類型的一些背景知識,包括基本特性及其局限性。
        常見溫度傳感器類型
              熱電阻,鉑電阻溫度計(PRT)和熱電偶是大多數溫度測量應用的首選儀器。每個都有特定的特征和限制。通常,這些儀器是可靠的,并提供多年的無故障服務。然而,對它們進行誤操作會極大地影響它們的準確性和使用壽命。因此,必須妥善處理和使用它們。要做到這一點,您必須了解它們的運作方式以及它們的局限性。
        熱電阻
              熱電阻是所有溫度傳感器中最強大的。它們由固態器件構成,其作用類似于可變電阻器。隨著溫度的變化,它的阻力也會變化。這些器件具有出色的靈敏度和準確度 它們具有廣泛的電阻值。它們具有出色的長期漂移特性,并且不會對震動敏感,也不會受到其他溫度計類型可能存在的其他問題的影響。由于它們不具有震動敏感性,因此它們的校準通常不會受到輕微振動,碰撞或跌落的影響。但是,它們的溫度范圍通常限制在100oC范圍內。
        鉑電阻溫度計(PRT)
              PRT可能是所有溫度傳感器中最通用的,因為它們具有寬溫度范圍和高精度。大多數可用于-196oC至420oC,少數例外情況可達到500oC甚至更高。當然,這取決于各個型號規格及其各自的校準。
        盡管PRT非常精確并且覆蓋了很寬的溫度范圍,但它們確實存在局限性。與熱電阻不同,如果鉑絲被污染,暴露于振動,碰撞或掉落,PRT可能會發生校準變化。通過這些過程進行校準的變化是累積的。因此,在處理和使用PRT時必須非常小心。
        熱電偶
              賤金屬熱電偶的優點在于它們具有非常寬的溫度范圍并且成本低。它們的缺點包括相對低的精度,并且在非常高的溫度下,它們易受不均勻性的影響。諾貝爾金屬熱電偶的溫度范圍非常寬,精度更高,但成本更高。像賤金屬熱電偶一樣,它們也易受不均勻性的影響。
        校準期間失敗的原因
        1.熱電阻和PRT中的自熱
              當校準熱電阻和PRT時,施加標稱激勵電流。所需的電流量通常在校準報告或制造商的規格中說明。我們從歐姆定律中了解到,當電流流過電阻器時,功耗會消耗(I2R)。該功率使傳感器發熱; 這被稱為“自加熱”。當校準溫度傳感器時,已經考慮了其自加熱。使用任何一種傳感器時,務必將讀數設置為適當的激勵電流。電流太小或太多都會導致測量誤差。如果施加過多電流,甚至可能損壞這些傳感器。
              當選擇“熱電阻”或“PRT”時,某些讀數將自動選擇合適的電流。其他可能需要手動設置。這些設置通常位于探頭設置菜單中。如果手動選擇電流,請始終參考溫度計的規格或校準報告以獲得正確的電流。
        2.低絕緣電阻和漏電流
              低絕緣電阻有時被稱為分流電阻,因為允許電流流出測量電路。電氣方面,就像將另一個電阻與傳感器并聯。當發生低絕緣電阻時,過渡結溫常常變得太熱。(中心不應該太熱,觸摸會很痛苦。)另外,如果護套已經彎曲,或者如果密封件受損,則可能導致低絕緣電阻,從而允許濕氣到達傳感器和引線。通過正確的使用和處理通??梢员苊膺@個問題。
        3.過渡路口
              熱電阻和PRT通常具有過渡結。過渡結是電纜引線連接到傳感器引線的地方。引線將焊接或點焊。如果它們被焊接并且結點變得太熱,則焊料將熔化,導致開路或間歇狀態。
              通常,接頭用環氧樹脂密封,以防止水分和其他污染物。如果密封件的溫度超出環氧樹脂可以承受的溫度,則密封件可能會破裂。這允許濕氣和其他污染物穿透密封并到達引線和傳感器。當溫度傳感器在低于環境溫度的溫度下浸泡或環境濕度很高時,水分積聚最為明顯。
              PRT通常包含粉末狀絕緣材料。這種材料使PRT不易受機械沖擊引起的應力的影響。除非存在良好的密封,否則在低溫下絕緣會吸收空氣中的水分。水分或其他污染物會在測量中產生誤差,并導致溫度傳感器無法校準。被困水分也可能引起安全問題。如果絕緣體吸收了大量水分并且溫度傳感器被置于高溫熱源中,則水分將變成蒸汽,可能導致密封件吹傷或破裂護套。
        4.斷線或間斷導線
              如果拉動溫度傳感器電纜,過度工作或受壓,則引線可能斷裂,導致開路或間歇連接。有時,可能會發生開路或間歇傳感器或傳感器引線。在溫度傳感器被加熱之前,一些間歇性事件不明顯,導致電線膨脹和分離。即使已經非常小心地防止斷開或斷斷續續的連接,但是如果有足夠的時間和使用,它們仍然可能發生。引線和傳感器線的反復膨脹和收縮可能最終造成損失,導致線斷裂。
        5.污染
              化學物質,金屬離子或氧化可能導致污染。如果液體到達引線或傳感器線,則PRT中可能發生化學污染。這可以改變鉑的純度,從而改變其電特性。純度的任何變化都是永久性的。鉑金屬絲的金屬離子污染通常發生在600oC以上。由于PRT傳感器采用高純度鉑絲制造,因此最容易受到此類污染。金屬離子污染是不可逆的,并且會導致PRT在溫度上不斷向上漂移。這在三點水電池中尤其明顯,其中參考溫度非常穩定。當PRT制造用于極高溫度時,其構造方式使得傳感器免受離子污染。
              溫度傳感器護套通常是密封的,以防止污染。工業和二次溫度傳感器在密封之前都不會被抽空。因此,一般來說,里面會有一些干燥的空氣。當它們暴露于各種溫度時,可在電線表面上形成氧化。氧化主要影響溫度傳感器,其傳感元件包含鉑絲。氧化導致金屬RTD中RTPW(水三相點的電阻)增加。幸運的是,使用制造商推薦的溫度和程序,可以通過退火RTD來消除氧化。在退火之前和之后,將溫度傳感器與高精度標準進行比較,例如水電池的三相點。
        6.滯后和不可重復性
              滯后是溫度傳感器的讀數滯后或看起來具有“記憶”效應的條件,因為溫度計在連續的溫度范圍內移動。測量值取決于傳感器或電線暴露的先前溫度。如果溫度傳感器第一次在一定溫度范圍內進行 - 比方說,從冷到熱 - 它將遵循特定的曲線。如果以相反的順序重復測量(在我們的示例中為熱到冷),則具有滯后問題的溫度計將具有與先前測量集的偏移。如果重復,偏移量可能并不總是相同。未損壞的標準鉑電阻溫度計(SPRT)不會出現滯后現象,因為SPRT設計為無應變。然而,設計為堅固的PRT沒有無應變設計并且至少具有一些滯后現象。進入溫度傳感器內的水分進入或濕氣會導致任何類型的RTD滯后。
        7.不均勻性
              在高溫下使用熱電偶時,其導線可能會被污染。這導致導線的局部塞貝克系數從其初始狀態改變。換句話說,這改變了導線對溫度變化的敏感性。然而,沿著熱電偶的長度,溫度暴露和污染可能不均勻。塞貝克系數然后成為沿熱電偶的位置的函數。這導致測量誤差取決于熱電偶在熱電偶的整個長度上暴露的溫度曲線,而不僅僅是測量結點處的溫度。
        8.短期穩定性
              測量可重復性是一個術語,可以使用許多不同的方式。它應該由使用該術語的人來定義。它通常指的是在一段熱循環或校準過程中的可重復性。當溫度傳感器不能滿足其短期穩定性規范時,這意味著特定溫度下的測量值之間的偏差超出其規格。這可能是由于標準偏差較大或讀數不斷向一個方向漂移造成的。短期穩定性問題的潛在原因包括水分,污染,應變,泄漏電流,機械沖擊和不均勻性。有助于防止溫度傳感器故障的方法為避免污染,在惡劣環境中使用溫度傳感器時應采取適當的預防措施。不要使過渡結的溫度高于或低于環氧樹脂密封或過渡結可以處理的溫度。
        其他有助于防止失敗的方法:
              -不要跌落,撞擊或振動PRT。
              -切勿彎曲未設計彎曲的護套。即使輕微的彎曲也可能對校準或溫度傳感器壽命產生不利影響。
              -切勿將過渡接頭浸入液體中。
              -切勿超過溫度傳感器的溫度規格。
              -不要長時間浸泡溫度傳感器,特別是在可能發生氧化的溫度下。
              -不要拉扯或過度拉緊溫度傳感器電纜。
              -如果溫度傳感器需要退火,請使用推薦的溫度和技術。然后,始終通過將其與主要標準進行比較來驗證溫度傳感器的準確度。
              -定期將溫度傳感器的精度與主要標準進行比較,例如水三相電池或校準SPRT(標準鉑電阻溫度計)。


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