如何改善光电传感器时间常数和滞后

　　传感器时间常数和滞后与光电传感器的热容量和热阻有关，除选用时间常数、滞后小的温度传感器外，还应保证合理插入深度和正确安装方法，才能保证温度测量准确性、温度控制系统的稳定性和控制质量。

　　光电传感器时间常数和滞后

　　实践证明热电偶、热电阻、双金属温度计当被测温度突然发生变化时，其输出会延迟一段时间，这段延迟时间△τ一般叫做纯滞后或纯时延。在延迟△τ后，会以近似于指数曲线的规律变化，如忽略△τ，并以介质温度变化做计时起点，则上述曲线符合T=△T（1-e-t/τ），此式中T为温度；△T为温度变化；t为时间；τ为时间常数。时间常数及时反应曲线起点的切线与平衡温度交点A所对应的时间，也就是输出变化63.2%△T所需要的时间。

　　正确认识和对待温度传感器的时间常数和滞后，是一个很重要的问题。其关系到能否正确测量温度，及时反映被测量温度的变化。其对温度控制系统的稳定性及控制质量好坏，具有举足轻重的作用，所以是一个不容忽视的问题。

　　如何改善光电传感器的时间常数和滞后

　　光电传感器时间常数和滞后的大小，取决于元件的热容量和热阻。因为温度传感器升温需要吸收一定的热量，其变化1℃所需要的热量就是温度传感器的热容量，热容量越小越好。温度传感器传热又需要克服热阻，这和元件的结构、大小都有直接的关系。金属是热的良导体，热阻的大小常受温度传感器的气隙、绝缘物、保护套管的影响。

　　光电传感器的时间常数和滞后较大，通常可到几十秒到几分钟，因此对测量和控制温度的影响是很大的，尤其是对温度控制系统的稳定性有很大的影响。所以在现场应用中，除应该选择时间常数和滞后较小的温度传感器外，还应该注意温度传感器的安装方式。即安装时要有一定的插入深度，尤其是热电阻，插入深度不够往往会造成较大的误差；再就是工艺管道较细时，一定要局部加粗管道，或者尽量吧温度传感器安装管道的弯头上，要使温度传感器对着流体的流动方向；测量气液相介质的温度时，最好测量液相温度，因为液相温度的动态特性及稳定性优于气相温度；必要时还可以采取在保护管与热元件间填充金属屑或其它导热材料（铠装热电偶或铠装铂电阻就是在保护管和元件之间填充高纯度氧化铝粉），对于热电偶还可以采用露端式或接壳式热电偶。

　　在不少工程应用中，我们发现使用中的温度传感器套管会发生破裂现象，这会影响着生产机器运行的安全，严重的时候还会发生事故。通过对传感器套管破裂现象的调查，查找原因，我们发现导致温度传感器套管破裂的原因主要有以下几个方面：

　　(1)光电传感器套管受高速流体冲击，载负过大，应力超过极限，导致套管破裂；

　　(2)光电传感器套管本身的加工缺陷，导致应力集中，容易造成套管断裂；

　　(3)管道振动过大，造成温度传感器套管疲劳损坏；

　　(4)流体流经光电传感器套管时，诱发温度传感器套管振动，即温度传感器套管固有频率和流体旋涡脱落频率产生共振。这种共振现象会导致温度传感器套管损坏速度加快，以致断裂。

　　综合以上几种易导致温度传感器套管破裂的情形，我们连同热控专业和金属专业进行研究，发现通过以下几种方式，可以减少温度传感器套管破裂现象的发生。

　　(1)严格控制传感器套管的插入深度。随着插入深度的增加，保护套管的受力成平方倍的增加。所以，我们测量温度的时候只需将温度传感器套管插入到流体的等温区，而无需插到管道的中心点，这样有利于缩短温度表袋悬臂的长度，达到减小其端点的振幅的效果。

　　(2)在保证必要的传感器套管强度情况下，优化选取温度传感器套管的直径。因为当温度传感器套管的直径增加时，表袋受力呈线性增加，所以在选取表袋直径的时候，既要合理保证套管的强度，又要尽可能错开共振危险区。

　　(3)改变横截面形状，将其表面加工成结构型式，使流体不产生漩涡脱落现象。

　　(4)严格控制检修质量，做好传感器套管材质检查，同时还要做好探伤检查，严防焊口裂缝、断裂等异常事故的发生。

　　(5)系统投运时，避免发生管道上阀门突然全开情况。在刚投运开启阀门的瞬间，温度传感器套管将承受很大的单向力，因此在系统刚投运时，要缓慢地开启阀门，让系统压力逐渐上升，尽可能减小温度传感器套管正面和背面的压力差，避免套管因单向受力过大而导致套管断裂事故发生。