堅(jiān)固而可靠的溫度感測裝置
2008/4/3 11:50:15
（提供： ABB(中國)有限公司儀表產(chǎn)品部 ）
監(jiān)測與控制關(guān)鍵流程參數(shù)（如壓力、溫度、液位及流量），可以優(yōu)化工廠的績效。隨著自動(dòng)化水平的提高，客戶需要測量儀器具有更強(qiáng)大的功能、更高的可靠性以及精度。關(guān)于重要參數(shù)的準(zhǔn)確信息對于流程工程師十分重要，有助于他們做出正確決定，并實(shí)現(xiàn)安全的工作環(huán)境。這些要求同樣適合所有測量指標(biāo)中最為經(jīng)典的一項(xiàng)–溫度。
在不斷變化的環(huán)境條件下準(zhǔn)確地測量溫度，這是工業(yè)測量專家所面臨的最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，鋼廠是非常經(jīng)典的、近乎無法測量的情況。帶材及棒材熱軋廠中再熱爐的背景溫度可能會(huì)比測量對象高許多。煉鋼流程（如鍍鋅層退火處理，在鋼板上形成一個(gè)抗銹蝕層）中如缺少精密的溫度測量，鋼鐵工業(yè)每年的損失將以百萬美元計(jì)。
目前最為重要的趨勢之一是從獨(dú)立的機(jī)械式溫度監(jiān)視器轉(zhuǎn)移到數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)化集成系統(tǒng)。機(jī)械式系統(tǒng)將繼續(xù)用于電子系統(tǒng)無法工作的特殊應(yīng)用，如極高的溫度條件。不過，光學(xué)纖維、聲學(xué)及振蕩晶體技術(shù)的最新進(jìn)展將推動(dòng)新裝置的開發(fā)，這些裝置能夠抵抗最為惡劣的環(huán)境，同時(shí)具有最高的測量精度。
用于溫度測量的新老技術(shù)
溫度是最常測量的環(huán)境物理量。這并不奇怪，因?yàn)樗苡绊懘蠖鄶?shù)物理、化學(xué)、電子、機(jī)械與生物系統(tǒng)。某些流程僅在狹窄的溫度范圍內(nèi)才能正常工作。在需要優(yōu)化這些流程時(shí)，控制系統(tǒng)通過來自溫度傳感器的反饋而把溫度保持在指定的極限內(nèi)。
幾種溫度感測裝置已得到廣泛使用，例如電阻溫度檢測器（RTD）、熱電偶、熱敏電阻以及傳感器集成電路（IC）。不過，非線性、不敏感性、自加熱、長期穩(wěn)定性不足、信號(hào)強(qiáng)度低以及對磁場的依賴等不利因素都會(huì)影響溫度測定的精度。傳統(tǒng)的測量技術(shù)至少具有其中的一項(xiàng)缺點(diǎn)。
更高的產(chǎn)品質(zhì)量、更嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定、對生產(chǎn)率優(yōu)化的更大需求都迫使工廠逼近最大極限。這反過來對所有傳感器（包括溫度）的精度和耐用性提出了挑戰(zhàn)。
此外，ISO 9000所要求的強(qiáng)制性文獻(xiàn)編制及可追溯性刺激了新材料的開發(fā)工作，并進(jìn)一步提高了微系統(tǒng)技術(shù)。
新型傳感器（光纖傳感器、振蕩晶體溫度傳感器和聲學(xué)傳感器）的使用目前僅限于特殊應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室。對于工業(yè)用途，基于鉑電阻溫度計(jì)或熱電偶的接觸式溫度計(jì)仍體現(xiàn)了耐用性、精度和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合。
接觸式溫度計(jì)包含一個(gè)對溫度敏感的元件，后者被集成在一個(gè)所謂的保護(hù)管中。它能保護(hù)傳感器不受惡劣運(yùn)行條件的影響，并使其不必中斷流程便可更換。提供標(biāo)準(zhǔn)化保護(hù)管設(shè)計(jì)，用于不同的測量應(yīng)用，如氣體、蒸汽及液體。盡管用于嚴(yán)酷工業(yè)應(yīng)用的測溫元件外觀相似，它們的長期穩(wěn)定性和使用壽命實(shí)際上卻有顯著差異。組裝、連接技術(shù)和材料品質(zhì)的正確組合是實(shí)現(xiàn)溫度測量精度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
變送器設(shè)計(jì)是溫度測量技術(shù)領(lǐng)域中最為重大的創(chuàng)新。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了故障補(bǔ)償與自控功能，還能靈活地調(diào)整變送器，使其完成實(shí)際測量任務(wù)。
用回路供電的變送器模塊（位于溫度計(jì)的接線盒內(nèi)）在世界各地得到使用，因?yàn)樗軠p少對電纜布線的要求，并且不易受到干擾的影響。目前，由于成本更低、更為強(qiáng)大的智能化HART轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，對流程工程中模擬儀器的需求正日漸減少。變送器可以與大多數(shù)常見的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如Foundation Fieldbus，PROFIBUS 及 HART）實(shí)現(xiàn)無縫對接。這給未來的溫度測量技術(shù)帶來了眾多的診斷機(jī)會(huì)。1
1 溫度變送器的演變
監(jiān)測與控制關(guān)鍵流程參數(shù)（如壓力、溫度、液位及流量），可以優(yōu)化工廠的績效。隨著自動(dòng)化水平的提高，客戶需要測量儀器具有更強(qiáng)大的功能、更高的可靠性以及精度。關(guān)于重要參數(shù)的準(zhǔn)確信息對于流程工程師十分重要，有助于他們做出正確決定，并實(shí)現(xiàn)安全的工作環(huán)境。這些要求同樣適合所有測量指標(biāo)中最為經(jīng)典的一項(xiàng)–溫度。
在不斷變化的環(huán)境條件下準(zhǔn)確地測量溫度，這是工業(yè)測量專家所面臨的最為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，鋼廠是非常經(jīng)典的、近乎無法測量的情況。帶材及棒材熱軋廠中再熱爐的背景溫度可能會(huì)比測量對象高許多。煉鋼流程（如鍍鋅層退火處理，在鋼板上形成一個(gè)抗銹蝕層）中如缺少精密的溫度測量，鋼鐵工業(yè)每年的損失將以百萬美元計(jì)。
目前最為重要的趨勢之一是從獨(dú)立的機(jī)械式溫度監(jiān)視器轉(zhuǎn)移到數(shù)字式網(wǎng)絡(luò)化集成系統(tǒng)。機(jī)械式系統(tǒng)將繼續(xù)用于電子系統(tǒng)無法工作的特殊應(yīng)用，如極高的溫度條件。不過，光學(xué)纖維、聲學(xué)及振蕩晶體技術(shù)的最新進(jìn)展將推動(dòng)新裝置的開發(fā)，這些裝置能夠抵抗最為惡劣的環(huán)境，同時(shí)具有最高的測量精度。
用于溫度測量的新老技術(shù)
溫度是最常測量的環(huán)境物理量。這并不奇怪，因?yàn)樗苡绊懘蠖鄶?shù)物理、化學(xué)、電子、機(jī)械與生物系統(tǒng)。某些流程僅在狹窄的溫度范圍內(nèi)才能正常工作。在需要優(yōu)化這些流程時(shí)，控制系統(tǒng)通過來自溫度傳感器的反饋而把溫度保持在指定的極限內(nèi)。
幾種溫度感測裝置已得到廣泛使用，例如電阻溫度檢測器（RTD）、熱電偶、熱敏電阻以及傳感器集成電路（IC）。不過，非線性、不敏感性、自加熱、長期穩(wěn)定性不足、信號(hào)強(qiáng)度低以及對磁場的依賴等不利因素都會(huì)影響溫度測定的精度。傳統(tǒng)的測量技術(shù)至少具有其中的一項(xiàng)缺點(diǎn)。
更高的產(chǎn)品質(zhì)量、更嚴(yán)格的環(huán)保規(guī)定、對生產(chǎn)率優(yōu)化的更大需求都迫使工廠逼近最大極限。這反過來對所有傳感器（包括溫度）的精度和耐用性提出了挑戰(zhàn)。
此外，ISO 9000所要求的強(qiáng)制性文獻(xiàn)編制及可追溯性刺激了新材料的開發(fā)工作，并進(jìn)一步提高了微系統(tǒng)技術(shù)。
新型傳感器（光纖傳感器、振蕩晶體溫度傳感器和聲學(xué)傳感器）的使用目前僅限于特殊應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室。對于工業(yè)用途，基于鉑電阻溫度計(jì)或熱電偶的接觸式溫度計(jì)仍體現(xiàn)了耐用性、精度和經(jīng)濟(jì)性的最佳結(jié)合。
接觸式溫度計(jì)包含一個(gè)對溫度敏感的元件，后者被集成在一個(gè)所謂的保護(hù)管中。它能保護(hù)傳感器不受惡劣運(yùn)行條件的影響，并使其不必中斷流程便可更換。提供標(biāo)準(zhǔn)化保護(hù)管設(shè)計(jì)，用于不同的測量應(yīng)用，如氣體、蒸汽及液體。盡管用于嚴(yán)酷工業(yè)應(yīng)用的測溫元件外觀相似，它們的長期穩(wěn)定性和使用壽命實(shí)際上卻有顯著差異。組裝、連接技術(shù)和材料品質(zhì)的正確組合是實(shí)現(xiàn)溫度測量精度和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
變送器設(shè)計(jì)是溫度測量技術(shù)領(lǐng)域中最為重大的創(chuàng)新。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了故障補(bǔ)償與自控功能，還能靈活地調(diào)整變送器，使其完成實(shí)際測量任務(wù)。
用回路供電的變送器模塊（位于溫度計(jì)的接線盒內(nèi)）在世界各地得到使用，因?yàn)樗軠p少對電纜布線的要求，并且不易受到干擾的影響。目前，由于成本更低、更為強(qiáng)大的智能化HART轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，對流程工程中模擬儀器的需求正日漸減少。變送器可以與大多數(shù)常見的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如Foundation Fieldbus，PROFIBUS 及 HART）實(shí)現(xiàn)無縫對接。這給未來的溫度測量技術(shù)帶來了眾多的診斷機(jī)會(huì)。1
1 溫度變送器的演變
