對于熱管法的K型鎧裝熱電偶響應時間測試解析

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

            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直接接觸將會導致器件腐蝕，容易被外界損傷。在相關元件周圍增加一層封裝，稱為鎧裝封裝如圖1所示。

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

        響應時間定義為傳感器響應外界刺激產生相應百分比階躍變化所用的時間，反映了傳感器的動態測試性能指標使用基于投入實驗法的熱管法進行試驗，上海自儀表二廠遠東儀表廠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境和需求確定，所測溫度信號通過傳輸線路輸送到采集前端，經過處理后，將由采集系統轉化成數字信號輸送至計算機終端進行綜合處理分析。

          選用如下器件進行試驗: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種不同的恒定熱環境;計算機作為信號與數據采集的顯示和處理終端;數字萬用表用以檢測試驗用導線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;打開熱管恒溫槽的2個部分，設定不同的溫度，待屏幕所示溫度無變化1min后完成熱管恒溫槽預熱。(2)將傳感器放入熱管恒溫槽的一個插口內，打開數據采集系統觀察輸出。

       待輸出穩定后(連續30s輸出變化不超過0．1℃)，記錄當前溫度輸出值為T1，重新進行數據采集同時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刻的顯示輸出值，并生成簡易試驗圖像。

          (3)待示數穩定后(連續30s輸出變化不超過0．1℃)記錄該溫度輸出值為T2并生成相應的試驗數據報告。等待1min后進行反向溫度實驗，操作同正向溫度試驗。經過測試的感溫探頭從熱管恒溫槽中取出，在常溫下自然風冷1h后，再進行回收。

       (4)以上條件不變的情況下，至少進行三輪試驗以減小誤差。試驗完畢后，利用MATLAB對試驗數據進行擬合，得到對應曲線函數和總體變化趨勢，并驗證試驗的準確性。

        3實例分析選取不同封裝K型鎧裝熱電偶開展響應時間測試，并對其影響響應時間進行分析，選型表如表3所示。

         試驗時，部分溫度傳感器插深較小，感溫端無法到達核心溫度區;熱管恒溫槽插口孔徑過大，周圍缺乏有效的保溫措施，而且部分區域與空氣存在對流換熱，造成部分溫度傳感器實際顯示溫度與熱管恒溫槽設定溫度不一致，但仍然存在顯著的溫度梯度，其變化不影響相關結論的得出。本節通過熱管法，針對不同封裝的熱電偶開展了響應時間測試，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間的影響分析。