温度传感器、热套管和响应时间
2021-08-02 来源：www.weilianchina.com 次
热套管保护温度传感器免受恶劣介质的影响。不利的一面是，这些配件会增加热响应时间。因此，准确了解响应时间成为控制流程和系统的关键因素。
图 1：测量温度（红色曲线）总是滞后于实际温度（蓝色曲线）。
在现实世界中，即使是zui好的温度计也无法对工业过程中的温度变化立即做出响应。一方面，介质中的热量需要时间才能到达传感器。测量系统的各个部分也存在散热问题。因此，测量的温度总是滞后于实际温度。这个时间差可能只有几秒钟或长达几分钟，但延迟是不可避免的，在选择温度系统时应考虑在内。
许多因素会影响温度测量系统的响应时间：
●温度传感器的类型、尺寸和材料
●传感器插入介质的距离
●介质类型（液体、气体、表面等）
此外，许多工业过程要求将温度传感器放置在热电偶套管内，这也增加了响应时间。
在某些过程中，例如加氢裂化，缓慢的响应时间可能意味着大麻烦。例如，如果过程温度迅速升高——一种失控的情况——在传感器能够检测到变化之前，温度可能会超过钢制容器的设计限制并导致灾难性故障。
什么是热套管以及何时使用
带法兰的 TR10 型热套管专为石化行业而设计。
热套管是设计用于保护温度传感器的金属配件。这些圆柱形配件可以由不同的材料制成——不锈钢、铜合金、耐热钢等——并根据工艺提供各种尺寸和厚度。热套管通常用于管道、石化过程、陆上/海上应用、压缩机和合成气工厂，以保护电子温度计免受：
●腐蚀性和/或磨蚀性介质
●快速移动的媒体
●极压
热套管的另一个好处：它们允许技术人员在不中断工作过程的情况下更换、校准和检查传感器。
热套管如何影响温度响应时间
在温度测量系统中添加一个热套管意味着有另一层材料，热量必须穿过该材料层，以及更多的散热机会。影响响应时间和精度的因素是热套管的材料、厚度和整体尺寸。更宽、壁更厚的热套管可增加散热。
图 2：不带热套管（蓝色曲线）、薄壁热套管（橙色曲线）和厚壁热套管（灰色曲线）的传感器 X 的响应时间。
理想的平衡可能是简单地使用窄的、薄壁的热套管，与较厚的热套管相比，它具有更快的响应时间和更好的精度，但对于某些过程，前者可能不够坚固。全#球对热套管强度计算的呼声越来越高，这会影响热套管设计。新版本的标准（例如 ASME PTC 19.3 TW-2016）通常会导致热套管尺寸更改为更短和更厚。
如何测量热响应时间
有四种方法可以测量电子温度计的响应时间：在流动的水中、在流动的空气中、在表面上或在固体中。ASTM E644-11 标准（测试工业电阻温度计的标准测试方法）和 ASTM E839-11 标准（护套热电偶和护套热电偶电缆的标准测试方法）提供了温度测量指南。
让我们仔细看看水中的测量。
使用流动水法的热套管响应时间
使用循环水浴通过流水法测量热响应时间
在这个测试中，水是介质。它以 > 0.2 m/s 的速率在层流（与湍流相反）中移动，并保持恒定温度。温度传感器非常迅速地从5°C 和 30°C之间的环境初始温度 (T 1 )移动到 T 2处的流动水。测量并记录从 T 1到 T 2所需的时间。
测试使用三种配置：
1 不带热套管的电子温度计
2 带薄壁热套管的电子温度计
3 带厚壁热套管的电子温度计
图 3：达到实际温度的 50%（橙色）、63%（红色）和 90%（绿色）所需的时间。
...并测量三个比较阈值：
1 实际温度的 50% (t 5 )
2 实际温度的 63% (t 63 )
3 在 90% 的实际温度 (t 9 )
根据测量结果生成响应时间图。未确定 100% 值，因为它从未达到。
如何选择热套管
过程工业中的应用通常非常具体和定制，响应时间无法与标准产品相比。如果响应时间对过程至关重要，则必须首先在实验室中确定。
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