對于熱管法的K型鎧裝熱電偶響應時(shí)間測試解析

       本文通過(guò)研究溫度傳感器響應時(shí)間測試方法，結合測試中出現的問(wèn)題，提出了新型響應時(shí)間測試方法———熱管法，使用熱管法開(kāi)展響應時(shí)間測試，非常終給出了不同封裝對響應時(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構分為裸裝和鎧裝。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 )導致器件腐蝕，容易被外界損傷。在相關(guān)元件周?chē)黾右粚臃庋b，稱(chēng)為鎧裝封裝如圖1所示。

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

        響應時(shí)間定義為傳感器響應外界刺激產(chǎn)生相應百分比階躍變化所用的時(shí)間，反映了傳感器的動(dòng)態(tài)測試性能指標使用基于投入實(shí)驗法的熱管法進(jìn)行試驗，上海自?xún)x表二廠(chǎng)遠東儀表廠(chǎng)采用的試驗系統由以下部分組成，如圖2所示，K型熱電偶溫度傳感器、信號傳輸系統、采集前端、采集數據系統和顯示處理系統。研究用溫度傳感器根據所測環(huán)境和需求確定，所測溫度信號通過(guò)傳輸線(xiàn)路輸送到采集前端，經(jīng)過(guò)處理后，將由采集系統轉化成數字信號輸送至計算機終端進(jìn)行綜合處理分析。

          選用如下器件進(jìn)行試驗:K型鎧裝熱電偶作為測溫端和試驗器件;Keysight34970A數據采集/數據記錄儀為數據采集裝置;PCI轉GPIB接口卡以及GPIB接線(xiàn)構成信號傳輸和采集裝置;HＲZ－400熱管恒溫槽提供2種不同的恒定熱環(huán)境;計算機作為信號與數據采集的顯示和處理終端;數字萬(wàn)用表用以檢測試驗用導線(xiàn)的通斷試驗系統如圖3所示。

             2．2試驗步驟(1)將數據采集系統與K型鎧裝熱電偶相連，將數據采集系統與計算機系統相連;打開(kāi)熱管恒溫槽的2個(gè)部分，設定不同的溫度，待屏幕所示溫度無(wú)變化1min后完成熱管恒溫槽預熱。(2)將傳感器放入熱管恒溫槽的一個(gè)插口內，打開(kāi)數據采集系統觀(guān)察輸出。

       待輸出穩定后(連續30s輸出變化不超過(guò)0．1℃)，記錄當前溫度輸出值為T(mén)1，重新進(jìn)行數據采集同時(shí)將傳感器探頭快速放入另一恒定溫度熱管恒溫槽中，期間數據采集儀連續采集不同時(shí)刻的顯示輸出值，并生成簡(jiǎn)易試驗圖像。

          (3)待示數穩定后(連續30s輸出變化不超過(guò)0．1℃)記錄該溫度輸出值為T(mén)2并生成相應的試驗數據報告。等待1min后進(jìn)行反向溫度實(shí)驗，操作同正向溫度試驗。經(jīng)過(guò)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)行三輪試驗以減小誤差。試驗完畢后，利用MATLAB對試驗數據進(jìn)行擬合，得到對應曲線(xiàn)函數和總體變化趨勢，并驗證試驗的準確性。

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

         試驗時(shí)，部分溫度傳感器插深較小，感溫端無(wú)法到達核心溫度區;熱管恒溫槽插口孔徑過(guò)大，周?chē)狈τ行У谋卮胧?，而且部分區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定溫度不一致，但仍然存在顯著(zhù)的溫度梯度，其變化不影響相關(guān)結論的得出。本節通過(guò)熱管法，針對不同封裝的熱電偶開(kāi)展了響應時(shí)間測試，測試結果與擬合結果的誤差符合檢驗準則，非常后，在測試結果的基礎上給出了不同封裝對熱電偶響應時(shí)間的影響分析。