如何改善光電傳感器時間常數和滯后

　　傳感器時間常數和滯后與光電傳感器的熱容量和熱阻有關，除選用時間常數、滯后小的溫度傳感器外，還應保證合理插入深度和正確安裝方法，才能保證溫度測量準確性、溫度控制系統的穩定性和控制質量。

　　光電傳感器時間常數和滯后

　　實踐證明熱電偶、熱電阻、雙金屬溫度計當被測溫度突然發生變化時，其輸出會延遲一段時間，這段延遲時間△τ一般叫做純滯后或純時延。在延遲△τ后，會以近似于指數曲線的規律變化，如忽略△τ，并以介質溫度變化做計時起點，則上述曲線符合T=△T（1-e-t/τ），此式中T為溫度；△T為溫度變化；t為時間；τ為時間常數。時間常數及時反應曲線起點的切線與平衡溫度交點A所對應的時間，也就是輸出變化63.2%△T所需要的時間。

　　正確認識和對待溫度傳感器的時間常數和滯后，是一個很重要的問題。其關系到能否正確測量溫度，及時反映被測量溫度的變化。其對溫度控制系統的穩定性及控制質量好壞，具有舉足輕重的作用，所以是一個不容忽視的問題。

　　如何改善光電傳感器的時間常數和滯后

　　光電傳感器時間常數和滯后的大小，取決于元件的熱容量和熱阻。因為溫度傳感器升溫需要吸收一定的熱量，其變化1℃所需要的熱量就是溫度傳感器的熱容量，熱容量越小越好。溫度傳感器傳熱又需要克服熱阻，這和元件的結構、大小都有直接的關系。金屬是熱的良導體，熱阻的大小常受溫度傳感器的氣隙、絕緣物、保護套管的影響。

　　光電傳感器的時間常數和滯后較大，通常可到幾十秒到幾分鐘，因此對測量和控制溫度的影響是很大的，尤其是對溫度控制系統的穩定性有很大的影響。所以在現場應用中，除應該選擇時間常數和滯后較小的溫度傳感器外，還應該注意溫度傳感器的安裝方式。即安裝時要有一定的插入深度，尤其是熱電阻，插入深度不夠往往會造成較大的誤差；再就是工藝管道較細時，一定要局部加粗管道，或者盡量吧溫度傳感器安裝管道的彎頭上，要使溫度傳感器對著流體的流動方向；測量氣液相介質的溫度時，最好測量液相溫度，因為液相溫度的動態特性及穩定性優于氣相溫度；必要時還可以采取在保護管與熱元件間填充金屬屑或其它導熱材料（鎧裝熱電偶或鎧裝鉑電阻就是在保護管和元件之間填充高純度氧化鋁粉），對于熱電偶還可以采用露端式或接殼式熱電偶。

　　在不少工程應用中，我們發現使用中的溫度傳感器套管會發生破裂現象，這會影響著生產機器運行的安全，嚴重的時候還會發生事故。通過對傳感器套管破裂現象的調查，查找原因，我們發現導致溫度傳感器套管破裂的原因主要有以下幾個方面：

　　(1)光電傳感器套管受高速流體沖擊，載負過大，應力超過極限，導致套管破裂；

　　(2)光電傳感器套管本身的加工缺陷，導致應力集中，容易造成套管斷裂；

　　(3)管道振動過大，造成溫度傳感器套管疲勞損壞；

　　(4)流體流經光電傳感器套管時，誘發溫度傳感器套管振動，即溫度傳感器套管固有頻率和流體旋渦脫落頻率產生共振。這種共振現象會導致溫度傳感器套管損壞速度加快，以致斷裂。

　　綜合以上幾種易導致溫度傳感器套管破裂的情形，我們連同熱控專業和金屬專業進行研究，發現通過以下幾種方式，可以減少溫度傳感器套管破裂現象的發生。

　　(1)嚴格控制傳感器套管的插入深度。隨著插入深度的增加，保護套管的受力成平方倍的增加。所以，我們測量溫度的時候只需將溫度傳感器套管插入到流體的等溫區，而無需插到管道的中心點，這樣有利于縮短溫度表袋懸臂的長度，達到減小其端點的振幅的效果。

　　(2)在保證必要的傳感器套管強度情況下，優化選取溫度傳感器套管的直徑。因為當溫度傳感器套管的直徑增加時，表袋受力呈線性增加，所以在選取表袋直徑的時候，既要合理保證套管的強度，又要盡可能錯開共振危險區。

　　(3)改變橫截面形狀，將其表面加工成結構型式，使流體不產生漩渦脫落現象。

　　(4)嚴格控制檢修質量，做好傳感器套管材質檢查，同時還要做好探傷檢查，嚴防焊口裂縫、斷裂等異常事故的發生。

　　(5)系統投運時，避免發生管道上閥門突然全開情況。在剛投運開啟閥門的瞬間，溫度傳感器套管將承受很大的單向力，因此在系統剛投運時，要緩慢地開啟閥門，讓系統壓力逐漸上升，盡可能減小溫度傳感器套管正面和背面的壓力差，避免套管因單向受力過大而導致套管斷裂事故發生。