2.1　傳感器與溫度計(jì)

2.1.1　熱電偶

熱電偶是應(yīng)用廣泛的接觸式傳感器，一般用于測(cè)量500℃以上的溫度。熱電偶測(cè)溫具有精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便和用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)。

（1）普通熱電偶（簡(jiǎn)稱(chēng)熱電偶）　它由兩根不同成分均勻的金屬絲組成。它們一端焊接在一起，稱(chēng)測(cè)量端（熱端）；另一端分別接到測(cè)量?jī)x表的電路上，稱(chēng)參與端（冷端）。測(cè)量端隨溫度的變化產(chǎn)生不同的熱電勢(shì)，以mV信號(hào)輸出，其值正比測(cè)量端與參比端的溫差。mV值與電偶絲的材料有關(guān)，與絲的直徑及長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

熱電偶通常由熱電極、絕緣子、保護(hù)套和接線盒等部分構(gòu)成。普通金屬熱電極的直徑一般為0.5～3.2mm，熱電極的長(zhǎng)度通常為350～2000mm。熱電偶常用長(zhǎng)度在1000mm以下，常用熱電偶的基本特性如表2-1所示。

（2）鎧裝熱電偶　鎧裝熱電偶是將熱電偶電極絲包裹在金屬保護(hù)套中，以MgO等作為絕緣材料，可自由彎曲的一種熱電偶，其特點(diǎn)是反應(yīng)速度快，耐壓、耐沖擊。不同套管材料的鎧裝熱電偶及其使用溫度如表2-2所示。

（3）熱電偶補(bǔ)償　熱電偶的分度表是熱電偶自由端溫度為0℃時(shí)分度的。一般情況下，熱電偶自由端的環(huán)境溫度總是有波動(dòng)的，因而使測(cè)量的結(jié)果有一定的誤差。為了消除自由端溫度不恒定而產(chǎn)生的測(cè)量誤差，應(yīng)采取必要的補(bǔ)償措施，求得測(cè)溫準(zhǔn)確。

①熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線。與熱電偶一樣，補(bǔ)償導(dǎo)線也有正、負(fù)極之分。在與熱電偶連接時(shí)，要注意正、負(fù)極，不可接錯(cuò)，否則將會(huì)造成更大的測(cè)量誤差。熱電偶所配補(bǔ)償導(dǎo)線的材料及其性能如表2-3所示。

②冷端溫度補(bǔ)償器。在溫度變化較大的環(huán)境下，溫度自動(dòng)控制儀表與熱電偶配套使用時(shí)，配用冷端溫度補(bǔ)償器和補(bǔ)償導(dǎo)線，常選用20℃為平衡點(diǎn)。冷端溫度補(bǔ)償器的型號(hào)與所配用的熱電偶必須為同一分度號(hào)。WBJ系列冷端溫度補(bǔ)償器的主要技術(shù)參數(shù)如表2-4所示。

（4）使用熱電偶的注意事項(xiàng)　生產(chǎn)中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①根據(jù)被測(cè)量溫度上限正確選用熱電偶的熱電極及保護(hù)套管，根據(jù)被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)選擇熱電偶的規(guī)格及尺寸。

②熱電偶插入爐中的位置，應(yīng)是爐中溫度有代表性的地方，其溫度能代表爐內(nèi)的實(shí)際溫度。

③熱電偶插入爐內(nèi)的深度應(yīng)不小于熱電偶保護(hù)管外徑的8～10倍，應(yīng)盡可能保持垂直安放，以防高溫下產(chǎn)生變形。如果必須水平放置，伸出部分長(zhǎng)度大于500mm時(shí)，必須對(duì)保護(hù)管加以支撐。

④熱電偶與爐壁之間的空隙必須用石棉繩或耐火泥堵塞，以防由于空氣的對(duì)流，影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性。

⑤熱電偶的接線盒與爐壁應(yīng)有適當(dāng)?shù)木嚯x，一般不小于200mm。否則，會(huì)使熱電偶自由端的溫度過(guò)高，在測(cè)量鹽浴爐溫度時(shí)，應(yīng)采用直角線熱電偶。

⑥熱電偶的安裝位置和方向應(yīng)避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾，金屬外殼應(yīng)良好接地，以免影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。如在電極鹽浴爐中使用時(shí)，應(yīng)注意不要靠近電極。

⑦熱電偶正、負(fù)極工作端的焊接方式可采用對(duì)焊或絞纏后再焊的方式，但絞纏圈數(shù)不宜超過(guò)3圈。

⑧正確選用補(bǔ)償導(dǎo)線，連接補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，注意不得將導(dǎo)線接反。補(bǔ)償導(dǎo)線最好裝入鐵管內(nèi)，并將鐵管接地，以免機(jī)械損傷和電磁干擾。

⑨補(bǔ)償導(dǎo)線與接線盒出線孔之間的空隙應(yīng)該用石棉繩堵塞，以防昆蟲(chóng)侵入。

⑩裝爐或出爐時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，不得碰撞熱電偶。

由于熱電偶在高溫下會(huì)氧化、腐蝕及再結(jié)晶等，使其熱電特性發(fā)生變化，所以應(yīng)定期校驗(yàn)；新熱電偶或存放一段時(shí)間的熱電偶在使用前，都必須進(jìn)行校驗(yàn)。

在使用中應(yīng)關(guān)注熱電偶保護(hù)管的狀況，如發(fā)現(xiàn)保護(hù)管表面有麻點(diǎn)、泡沫、腐蝕、變細(xì)、開(kāi)裂等現(xiàn)象，應(yīng)立即更換。

2.1.2　熱電阻

熱電阻是根據(jù)其電阻隨溫度變化的原理來(lái)測(cè)溫的傳感器，它通常與顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)儀等配套形成溫度測(cè)量控制系統(tǒng)。常用的熱電阻有：鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻、銠鐵熱電阻等，可制成配套式熱電阻和鎧裝熱電阻，使用溫度范圍為-200～600℃。熱電阻主要用于熱處理的冷處理設(shè)備、低溫烘箱、液體介質(zhì)和固體表面的測(cè)溫，其溫度精度高，穩(wěn)定性好，但熱響應(yīng)速度較慢。工業(yè)用熱電阻的品種及測(cè)溫范圍見(jiàn)表2-5；WZ系列熱電阻的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2-6。

2.1.3　輻射感溫器

輻射感溫器是以絕對(duì)黑體作為分度標(biāo)準(zhǔn)的，它與水冷保護(hù)裝置、連接電纜、顯示儀表等組成一個(gè)溫度測(cè)量系統(tǒng)，主要用于測(cè)量一般物體的表面溫度。在熱處理生產(chǎn)中，輻射感溫器一般用于高溫電阻爐、高溫鹽浴爐及高頻、中頻加熱元件等溫度的非接觸測(cè)量，因受環(huán)境和煙霧的影響，測(cè)量精度不高。輻射感溫器可分為反射鏡式（如WFT-101型）和透鏡式（如WFT-201型、202型），如按加熱元件的類(lèi)型來(lái)分，則有熱電堆式、熱敏電阻式和雙金屬片式。型號(hào)和規(guī)格見(jiàn)表2-7。

由于輻射感溫計(jì)是根據(jù)受熱物體的熱能與溫度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的，被測(cè)物體的熱能經(jīng)感溫器的物鏡聚焦到熱電偶的工作端，將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闊犭妱?dòng)勢(shì)。然后將熱電動(dòng)勢(shì)通過(guò)顯示儀表測(cè)量，并顯示出被測(cè)物體的溫度。在實(shí)際使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①保持感溫鏡頭的清潔。

②感溫器與被測(cè)物體的距離一般為0.8～1.1m，與被測(cè)物體形成的角度為30°～60°。

③感溫器周?chē)臏囟炔粦?yīng)超過(guò)40℃，當(dāng)超過(guò)40℃時(shí)應(yīng)采取降溫措施。

④在使用時(shí)，被測(cè)物體的影像必須充滿(mǎn)目鏡的整個(gè)視場(chǎng)，以保證熱電偶能充分地吸收來(lái)自被測(cè)物體輻射的熱能，使顯示儀表顯示實(shí)際溫度。如果被測(cè)物體較小，或感溫器離被測(cè)物體太遠(yuǎn)，就會(huì)出現(xiàn)圖像太小的現(xiàn)象，從而使測(cè)量值低于實(shí)際溫度。當(dāng)感溫器不能正確對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)被測(cè)物體影像歪斜現(xiàn)象，所測(cè)得的溫度也會(huì)低于實(shí)際溫度。應(yīng)特別注意的是：當(dāng)感溫器偏向補(bǔ)償光柵一方時(shí)，被遮擋的部分不易發(fā)現(xiàn)，也會(huì)造成測(cè)量值偏低的現(xiàn)象。

⑤輻射感溫器用于鹽浴爐的測(cè)溫時(shí)，為保證測(cè)量準(zhǔn)確，應(yīng)排除鹽浴面上煙霧和浮渣的影響，必須排風(fēng)良好，浴面不得有浮渣。操作時(shí)，工具、工裝夾具不能擋到鏡頭。

2.1.4　光學(xué)高溫計(jì)

光學(xué)高溫計(jì)是以燈絲的輻射亮度與被測(cè)物體的輻射亮度作比較來(lái)測(cè)量溫度的。燈絲亮度所對(duì)應(yīng)的溫度也是以絕對(duì)黑體作分度的，進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)必須用該物體的單色黑度作一定的修正。光學(xué)高溫計(jì)常用于高溫鹽浴爐、感應(yīng)加熱工件等表面溫度的測(cè)量，光學(xué)高溫計(jì)的型號(hào)及技術(shù)參數(shù)如表2-8所示。

光學(xué)高溫計(jì)的使用及維護(hù)。在使用前，應(yīng)先檢查儀表指針是否指在“0”位，如指針不在“0”位，應(yīng)旋轉(zhuǎn)零位調(diào)整器進(jìn)行調(diào)零；調(diào)節(jié)目鏡的位置至清楚地看到燈絲的影像。

測(cè)量物體溫度時(shí)，調(diào)節(jié)物鏡，使被測(cè)物體清晰地成像在燈絲所在的平面上，對(duì)二者進(jìn)行比較。將紅色濾光片移入視場(chǎng)，按下按鈕開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)滑線電阻，直到燈絲頂部的影像隱滅在被測(cè)物體的影像中為止。從指示儀表刻盤(pán)上讀出溫度數(shù)值。

光學(xué)高溫計(jì)與被測(cè)物體的距離一般為1～2m，不要超過(guò)3m。光學(xué)高溫計(jì)用完后，應(yīng)切斷電源，擦凈后放入專(zhuān)用包內(nèi)保存，長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。

2.1.5　光電高溫計(jì)

光電高溫計(jì)是利用光電轉(zhuǎn)換元件來(lái)測(cè)量溫度的，靈敏度高，但測(cè)量精度不高。國(guó)產(chǎn)的光電高溫計(jì)的主要技術(shù)規(guī)格見(jiàn)表2-9。

2.1.6　紅外光電高溫計(jì)

紅外光電高溫計(jì)是利用物體表面發(fā)出的紅外光譜（波長(zhǎng)為0.8～40μm）輻射線進(jìn)行測(cè)溫的，它由保護(hù)窗、透鏡、光欄、濾色片及檢驗(yàn)元件等組成。紅外光電高溫計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)將發(fā)光體表面某一波段的紅外輻射聚焦到檢測(cè)元件表面，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大后輸出給顯示儀表。紅外光電高溫計(jì)具有測(cè)量精度高、響應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、測(cè)量溫度范圍廣等特點(diǎn)。表2-10所列為部分Q系列和R系列紅外探測(cè)器及配套控制器的主要技術(shù)參數(shù)。

此外，還有功能更多、性能更先進(jìn)的紅外溫度計(jì)，如WF-HX-63便攜式紅外溫度計(jì)。它將紅外溫度計(jì)的探頭和機(jī)身集成于一體，液晶屏數(shù)字顯示，讀數(shù)直觀，操作方便，便于攜帶，是一種適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)溫的高精度非接觸式測(cè)溫儀表。有的紅外溫度計(jì)還具有智能編程測(cè)溫功能，測(cè)溫范圍為300～3000℃，響應(yīng)時(shí)間為20～200μs，具有視場(chǎng)瞄準(zhǔn)聚焦和激光輔助定位等功能。