溫度傳感器、熱套管和響應時間

溫度傳感器、熱套管和響應時間

熱套管保護溫度傳感器免受惡劣介質的影響。不利的一面是，這些配件會增加熱響應時間。因此，準確了解響應時間成為控制流程和系統的關鍵因素。

在現實世界中，即使是最好的溫度計也無法對工業過程中的溫度變化立即做出響應。一方面，介質中的熱量需要時間才能到達傳感器。測量系統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幾分鐘，但延遲是不可避免的，在選擇溫度系統時應考慮在內。

許多因素會影響溫度測量系統的響應時間： 

●溫度傳感器的類型、尺寸和材料

●傳感器插入介質的距離

●介質類型（液體、氣體、表面等）

此外，許多工業過程要求將溫度傳感器放置在熱電偶套管內，這也增加了響應時間。

在某些過程中，例如加氫裂化，緩慢的響應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計限制并導致災難性故障。

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而設計。

熱套管是設計用于保護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/海上應用、壓縮機和合成氣工廠，以保護電子溫度計免受：

●腐蝕性和/或磨蝕性介質

●快速移動的媒體

●極壓

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

熱套管如何影響溫度響應時間

在溫度測量系統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，以及更多的散熱機會。影響響應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。全球對熱套管強度計算的呼聲越來越高，這會影響熱套管設計。新版本的標準（例如 ASME PTC 19.3 TW-2016）通常會導致熱套管尺寸更改為更短和更厚。

如何測量熱響應時間

有四種方法可以測量電子溫度計的響應時間：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 標準（測試工業電阻溫度計的標準測試方法）和 ASTM E839-11 標準（護套熱電偶和護套熱電偶電纜的標準測試方法）提供了溫度測量指南。

讓我們仔細看看水中的測量。

使用流動水法的熱套管響應時間

使用循環水浴通過流水法測量熱響應時間

在這個測試中，水是介質。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 )

根據測量結果生成響應時間圖。未確定 100% 值，因為它從未達到。

如何選擇熱套管

過程工業中的應用通常非常具體和定制，響應時間無法與標準產品相比。如果響應時間對過程至關重要，則必須首先在實驗室中確定。

選擇和設計溫度測量系統時面臨的挑戰是使工藝參數和要求與盡可能最佳的性能和盡可能低的成本相協調。