對于熱管法的K型鎧裝熱電偶響應(yīng)時(shí)間測試解析

       本文通過研究溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間測試方法，結(jié)合測試中出現(xiàn)的問題，提出了新型響應(yīng)時(shí)間測試方法———熱管法，使用熱管法開展響應(yīng)時(shí)間測試，非常終給出了不同封裝對響應(yīng)時(shí)間的影響分析。

            裸裝溫度傳感器封裝影響分析溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)分為裸裝和鎧裝。對裸裝溫度傳感器而言，敏感元件與被測介質(zhì)直接接觸將會(huì)導(dǎo)致器件腐蝕，容易被外界損傷。在相關(guān)元件周圍增加一層封裝，稱為鎧裝封裝如圖1所示。

           鎧裝封裝對響應(yīng)時(shí)間具有滯后作用，故在此引入了傳感器的響應(yīng)滯后［9］。

        響應(yīng)時(shí)間定義為傳感器響應(yīng)外界刺激產(chǎn)生相應(yīng)百分比階躍變化所用的時(shí)間，反映了傳感器的動(dòng)態(tài)測試性能指標(biāo)使用基于投入實(shí)驗(yàn)法的熱管法進(jìn)行試驗(yàn)，上海自儀表二廠遠(yuǎn)東儀表廠采用的試驗(yàn)系統(tǒng)由以下部分組成，如圖2所示，K型熱電偶溫度傳感器、信號(hào)傳輸系統(tǒng)、采集前端、采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)和顯示處理系統(tǒng)。研究用溫度傳感器根據(jù)所測環(huán)境和需求確定，所測溫度信號(hào)通過傳輸線路輸送到采集前端，經(jīng)過處理后，將由采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸送至計(jì)算機(jī)終端進(jìn)行綜合處理分析。

          選用如下器件進(jìn)行試驗(yàn):K型鎧裝熱電偶作為測溫端和試驗(yàn)器件;Keysight34970A數(shù)據(jù)采集/數(shù)據(jù)記錄儀為數(shù)據(jù)采集裝置;PCI轉(zhuǎn)GPIB接口卡以及GPIB接線構(gòu)成信號(hào)傳輸和采集裝置;HＲZ－400熱管恒溫槽提供2種不同的恒定熱環(huán)境;計(jì)算機(jī)作為信號(hào)與數(shù)據(jù)采集的顯示和處理終端;數(shù)字萬用表用以檢測試驗(yàn)用導(dǎo)線的通斷試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示。

             2．2試驗(yàn)步驟(1)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與K型鎧裝熱電偶相連，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連;打開熱管恒溫槽的2個(gè)部分，設(shè)定不同的溫度，待屏幕所示溫度無變化1min后完成熱管恒溫槽預(yù)熱。(2)將傳感器放入熱管恒溫槽的一個(gè)插口內(nèi)，打開數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觀察輸出。

       待輸出穩(wěn)定后(連續(xù)30s輸出變化不超過0．1℃)，記錄當(dāng)前溫度輸出值為T1，重新進(jìn)行數(shù)據(jù)采集同時(shí)將傳感器探頭快速放入另一恒定溫度熱管恒溫槽中，期間數(shù)據(jù)采集儀連續(xù)采集不同時(shí)刻的顯示輸出值，并生成簡易試驗(yàn)圖像。

          (3)待示數(shù)穩(wěn)定后(連續(xù)30s輸出變化不超過0．1℃)記錄該溫度輸出值為T2并生成相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)告。等待1min后進(jìn)行反向溫度實(shí)驗(yàn)，操作同正向溫度試驗(yàn)。經(jīng)過測試的感溫探頭從熱管恒溫槽中取出，在常溫下自然風(fēng)冷1h后，再進(jìn)行回收。

       (4)以上條件不變的情況下，至少進(jìn)行三輪試驗(yàn)以減小誤差。試驗(yàn)完畢后，利用MATLAB對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到對應(yīng)曲線函數(shù)和總體變化趨勢，并驗(yàn)證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

        3實(shí)例分析選取不同封裝K型鎧裝熱電偶開展響應(yīng)時(shí)間測試，并對其影響響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行分析，選型表如表3所示。

         試驗(yàn)時(shí)，部分溫度傳感器插深較小，感溫端無法到達(dá)核心溫度區(qū);熱管恒溫槽插口孔徑過大，周圍缺乏有效的保溫措施，而且部分區(qū)域與空氣存在對流換熱，造成部分溫度傳感器實(shí)際顯示溫度與熱管恒溫槽設(shè)定溫度不一致，但仍然存在顯著的溫度梯度，其變化不影響相關(guān)結(jié)論的得出。本節(jié)通過熱管法，針對不同封裝的熱電偶開展了響應(yīng)時(shí)間測試，測試結(jié)果與擬合結(jié)果的誤差符合檢驗(yàn)準(zhǔn)則，非常后，在測試結(jié)果的基礎(chǔ)上給出了不同封裝對熱電偶響應(yīng)時(shí)間的影響分析。