熱電偶快速進行高溫高壓流體介質(zhì)溫度檢測

疏水探針屬于帶保護管型二次復合全鎧裝熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻），由于其動態(tài)特性特別好，可用于高溫高壓的壓力容器及管道上進行流體介質(zhì)的快速溫度測量。雖然它的熱元件（偶絲或熱電阻＇>熱電阻元件）對外殼（保護管或鎧體）是絕緣的，但它的響應速度卻達到了極高（τ0.5=3.24秒）的程度，因此它的誕生解決了困擾人們多年的難題，在需要快速測溫的系統(tǒng)應用中可得到十分理想的效果。
1背景技術
1.1常規(guī)熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）存在的問題
常規(guī)帶保護套管的熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）是由保護套管和帶絕緣材料（瓷珠、玻璃管等）的熱元件或鎧裝熱元件、接線盒（偶頭）等部分組成。其測溫的敏感區(qū)在其**（感溫端），在測溫過程中被測介質(zhì)的熱量先傳到套管端部，使端部金屬溫度上升，然后再經(jīng)過套管與熱元件之間的接觸部分或空氣間隙、絕緣體等傳到熱元件（熱接點）。如果是鎧裝熱元件還須先加熱鎧體，然后經(jīng)絕緣層傳到熱元件（熱接點）在傳熱過程中因以下原因使傳熱過程變慢：

（1）由于多層結(jié)構(gòu)原因造成傳熱過程從外層傳到內(nèi)層*后到達內(nèi)部，使傳熱過程變得很慢。

（2）如采用鎧裝熱元件，則往往鎧體與保護管之間為點接觸，有時還接觸**，即使采用彈簧壓緊方法也僅僅使點接觸稍好一點，但并不根本解決問題。

（3）保護管及其端部體積較大，熱容量較大，所以溫升較慢。

（4）不少熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）熱元件尺寸偏大，尤其是熱電阻＇>熱電阻，使本身熱容量大造成溫度變化慢。
（5）如要求熱元件絕緣，則保護管與熱元件不能直接接觸，只能通過空氣隙或絕緣層傳熱使傳熱過程變慢。
國家標準衡量熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）動態(tài)響應速度是其在階躍擾動下，變化量達到*終值的10、50、90所經(jīng)歷的時間τ0.1、τ0.5、τ0.9、一般常規(guī)帶保護管的裝配式熱電偶＇>熱電偶的τ0.5、約為60—120秒。
1.2改善帶保護管的熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）動態(tài)特性的常規(guī)措施和存在的問題。
（1）多年來人們?yōu)楦纳?font color="#505050">熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）的動態(tài)特性做了不少努力，采取了以下措施，也得了一定效果，但因為要求元件與外殼（地）絕緣，所以始終未能達到理想效果。
①在改善傳熱方面：盡量減小空氣隙或以固體絕緣材料代替空氣隙，如不用偶絲穿瓷管等裝配式結(jié)構(gòu)（WRN系列），采用鎧裝熱元件（WRNK系列），既達到了絕緣目的，又減小了傳熱過程中的空氣隙。圖1是采用裝配式元件與采用鎧裝元件的帶保護管的熱電偶＇>熱電偶從冰點向沸點的階躍擾動件的帶保護管的熱電偶＇>熱電偶從冰點向沸點的階躍擾動實錄曲線，從圖中可知前者的、τ0.5為90秒，后者為70.8秒。
②采取加彈簧壓緊的方法，使熱元件與套管端部接觸可靠；采用面接觸方式增大傳熱面積的方法。如：套管端部內(nèi)孔與鎧裝熱元件外徑配合安裝使接觸面呈柱面或?qū)嵩瞬颗c套管端部加工成圓錐，使接觸面增大，均能取得一定效果。如WRNK—的τ0.5為51秒。
③在減小熱容量方面：采用將保護管端部加工成小直徑圓柱的方式及盡量采用小尺寸元件，如用細的偶絲以及用微型薄膜熱電阻＇>熱電阻等。綜**用上述的措施后，目前國內(nèi)*好的高溫高壓帶保護管的熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）的τ0.5可達到30秒以下。
（2）熱接點接地的方式
采用熱接點直接接觸保護管**或干脆把熱接點與保護管端部焊到一起的方法，這種方法可以使動態(tài)特性達到較理想程度，但卻帶來一個致命的問題，即熱元件必須接地。
由于熱元件接地使一般監(jiān)控系統(tǒng)造成兩點接地，使系統(tǒng)干擾大幅度增加，模擬指示表漂擺，數(shù)顯表亂跳字，尤其是計算機監(jiān)控系統(tǒng)，元件接地有時使系統(tǒng)根本不能工作，嚴重時會造成I/O（輸入/輸出）模件損壞，所以，這種結(jié)構(gòu)目前極少采用。
1.3疏水探針改善帶保護管熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）動態(tài)特性的技術措施
（1）將保護套管端部金屬與熱元件（鎧裝型）鎧體合二而一，減少了從被測介質(zhì)向熱元件敏感區(qū)熱端傳熱過程的環(huán)節(jié)。
（2）采用全鎧裝結(jié)構(gòu)使保護管**金屬向元件熱端傳熱完全取消了空氣隙，僅剩一層致密的Mgo固體絕緣層，這樣大幅度地降低了傳熱熱阻。
（3）采用小熱容量元件（細偶絲或微型薄膜熱電阻＇>熱電阻元件）使熱慣性降至較低水平。
疏水探針的保護管采用耐熱合金材料（ICr18Ni9Ti）使本身具有耐高溫性能；采用特殊焊接和壓合技術，使整個熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）具有承受高壓（≥40MPa）的能力；采用上等全鎧裝熱電偶＇>熱電偶（熱電阻＇>熱電阻）元件，使疏水探針具有極高的元件對外絕緣電阻RI值（常溫RI≥2000MΩ，500℃時RI≥300MΩ）。
采取以上技術措施后，疏水探針獲得了動態(tài)響應時間τ0.5=3.24秒的快速特性。圖2是疏水探針在水浴與冰瓶中經(jīng)正向（圖中右）和負向（圖中左）階躍擾動下的飛升特性曲線，從曲線可知τ0.5達到了3.24秒。
2應用范圍及使用方法
（1）用于疏水監(jiān)控系統(tǒng)，可快速檢測汽輪機本體、主汽管道、抽汽管道、高壓缸排汽管道或旁路系統(tǒng)減溫器后管道在工作狀態(tài)下（過熱蒸汽介質(zhì)）突發(fā)性產(chǎn)生蒸汽帶水、疏水和產(chǎn)生兩相流情況的發(fā)生。用于汽輪機防進水保護、排汽與抽汽管道快速自動疏水、旁路后管道自動疏水等保護系統(tǒng)，可防止汽機彎軸、管道破裂等事故發(fā)生，可代替電接點疏水檢測方式，取消疏水罐。
①安裝方法
可將疏水探針安裝在管道或容器下部積存疏水的位置，取樣開孔在下管壁，插座朝下，疏水探針向上插入，必要時可在同一管道截面的上部加裝一個對比熱電偶＇>熱電偶（可用疏水探針或普通用熱電偶＇>熱電偶）以進行對比判別。
②監(jiān)控方式
·對比方式將疏水探針所測管道下部介質(zhì)溫度與上部介質(zhì)溫度在比較器模塊進行比較，當二者的差值達到所整定值時進行報警和聯(lián)動疏水保護。
·速率判別方式，將疏水探針所測管道下部介質(zhì)溫度進行速率判別，如其速率超過所整定值時，表明來水，即進行報警和聯(lián)動疏水保護。
（2）用于小慣性系統(tǒng)的快速溫度監(jiān)測和需要快速測溫的調(diào)節(jié)系統(tǒng)（例如鍋爐I、II級減溫器的噴水點后）
①安裝方法
安裝方法同常規(guī)熱電偶＇>熱電偶
②使用方法
用于小慣性系統(tǒng)的快速溫度監(jiān)測須注意模擬量輸入通道的濾波時間常數(shù)不宜過大，*好≤1秒。
用于快速測溫的調(diào)節(jié)系統(tǒng)須在副環(huán)整定時按比常規(guī)熱電偶＇>熱電偶采用的時間常數(shù)更小的時間常數(shù)進行整定，可獲得較快的調(diào)節(jié)速度和較高的穩(wěn)定性。
3結(jié)語
疏水探針由于徹底改變了常規(guī)帶保護管的熱電偶＇>熱電偶、熱電阻＇>熱電阻的結(jié)構(gòu)，并采取了一系列提高傳熱速度的措施，使其在測溫過程中的動態(tài)響應速度比常規(guī)帶保護管的熱電偶＇>熱電偶、熱電阻＇>熱電阻提高了20多倍，是一種測溫傳感器的新品種。