[实用新型]一种热响应时间短的接触式温度测量传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种工业流程设备的温度测量传感器。 

背景技术

工业用热电偶（阻）测温技术的应用已有160年历史，它对广大的工业流程及设备的监控，起着重要的基础作用。

热电偶的原理是在两种不同的金属丝组成的闭合回路中，当一端的接头温度高于另一端的接头温度时，两接头所产生的接触电势不同，形成电位差，闭合回路中有电流通过。在冷端温度稳定下，测定该电位差值，就对应测定了热端温度。

热电阻是利用某种金属丝在某一温度区间内，其电阻值与温度的对应关系，通过测定该金属丝电阻值来测定温度。

工业用普通热电偶（阻）头部的结构如图1，包括金属丝、保护管。在800⁰C以下，保护管一般为铜保护管或者不锈钢保护管。国家标准GB/T16839-1997规定了它的性能；GB/T9238—1999、GB/T5978—1986规定了它们的技术条件。工业使用中，基本上满足生产要求，针对要求热响应时间短的场合，有裸露型及铠装型GB/T18404-2001热电偶，见图2。普通的热电偶（阻）热响应时间如下表1：                                                 

表1 普通热电偶（阻）热响应时间

铠装型热响应时间如表2                                  

表2 铠装型热电偶热响应时间

铠装型热电偶热响应时间如下：

普通铠装型装配式热电偶（阻）热响应时间≤60s；

变径式铠装型装配热电偶（阻）热响应时间≤24s.

从表1可见普通热电偶（阻）热响应时间0.5τ达180-300s，则τ的时间还要加倍，而装配式铠装型热响应时间0.5τ也要24-60s。这样长的热响应时间难以满足工艺过程越来越高的自动化监控要求，而表2的裸铠装型热电偶（阻）只能用在条件较好的少数场合。大部分的工艺过程测温用φ16、φ20、φ25保护管，它们的测温热响应时间太长了，对于很易变化的燃烧过程来说，延长了控制达到稳态的过渡过程时间，无形的增加了大量能耗。

就工业炉子而言，全国耗煤在10亿吨以上，每个炉子都需要测温，由于测温反应时间的滞后，带来的无形的能耗是相当可观的。在大型设备（如汽轮机、发电机、大风机、大装备等）的安全保护上，温度测量是安全卫士之一，迅速反映超温状态，对大设备的安全及延长寿命有着关键作用。因此必需认识到减少测温热电偶（阻）的热响应时间，是利国利民、节能降耗的大事。

六十多年来，国内热电偶（阻）的保护管结构和材料改进不多，沿用国外老结构和材质。制造厂缺乏对工艺过程、安全和能耗浪费的足够认识，对降低测温热响应时间不够注意。

对图1普通热电偶传热的路径进行分析（表3为不同温度下传热路径及导热系数），通过对不同温度下热传导、对流、辐射为主的传热计算，得出如下分析： 

表3   不同温度下传热路径及导热系数

影响热电偶热响应时间的主要因素有：

1.                   在传导热和对流传热的低、中温度下，普通热电偶传热路径中空气层远比保护管壁传热热阻高，99倍以上，它是热电偶热响应时间长的主要因素。

2.                   铠装热电偶的绝缘导热填料是氧化镁粉，其导热系数0.07w/m.k。比相应温度下的陶瓷小10多倍，比钢小500-1000倍。因此氧化镁粉虽能绝缘，但导热系数小，是导致热电偶热响应时间长的因素。对比表2露铠装热电偶的热响应时间Φ8的3种结构（露端、接壳、绝缘），“绝缘”为“露端”的8倍，随直径的增大，还呈变比的增大，加安装套后达60倍。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种温度测量传感器，缩减温度测量传感器的热响应时间。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种热响应时间短接触式温度测量传感器，包括金属丝、保护管，所述金属丝封装在保护管内，所述保护管头部内填充有石墨材料，所述金属丝置于石墨材料内。

由于石墨卷板（其中粘结剂最高耐温仅400℃），故本实用新型在400℃以下可长期工作。