溫度傳感器的結構和安裝方法

日期：2025-08-23 10:52

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摘要：

溫度傳感器的結構和安裝方法

我們在上一篇文章中介紹了溫度傳感器的測量原理，今天我們將介紹溫度傳感器的結構及安裝方法。

熱電偶的結構

熱電偶前端接合的形狀有3種類型，如圖2.5所示。可根據熱電偶的類型、線徑、使用溫度，通過氣焊、對焊、電阻焊、電弧焊、銀焊等方法進行接合。

在工業應用中為了便于安裝及延長熱電偶的使用壽命，通常使用外加套管的方式。套管一般分為保護管型和鎧裝型。

1.帶保護管的熱電偶

是將熱電偶的芯線以及絕緣管插入保護管使用的熱電偶。保護管在防止芯線氧化、腐蝕的同時，還可以保持熱電偶的機械強度。保護管有多種類型，常用的如下表所示。

材質		常用溫度℃	*高使用溫度℃	概要
金屬保護管	SUS304	850	950	適用于高溫、酸性、堿性環境，不適用于氧化性、還原性氣體環境
	SUS316	850	950	比SUS304在高溫中的耐蝕性好
	SUS301S	1000	1100	Ni、Cr的含量高，耐熱性強
	SandviRP4	1050	1200	27Cr鋼，適用于高溫環境，不適用于氧化性、還原性氣體
	Kanthal A-1	1100	1350	Cr24%、A15.5%的耐熱鋼、在高溫中機械強度高
	鎳鉻合金	1100	1250	Ni80%、Cr20%、適用于氧化環境，不適用于硫化、還原性氣體環境
非金屬保護管	石英管QT	1000	1050	抗熱沖擊性強，但機械強度低
	陶瓷管PT2	1400	1450	氧化鋁質，氣密性優
	高鋁管PT1	1500	1550	同上，抗熱沖擊性弱
	剛玉管PT0	1600	1750	高純度鋁管，抗熱沖擊性*弱
	碳化硅管 SiC	1250 1550	1350 1600	抗熱沖擊性強，但氣密性差在雙保護管的外管上使用
	氮化硅管 Si3N4	1400	1600	與碳化硅管大致相同，適用于熔融鋁

2.鎧裝型熱電偶

鎧裝熱電偶的測量原理與帶保護管的熱電偶相同。它使用纖細的金屬管(稱為套管)作為上圖中絕緣管(陶瓷)的替代品，并使用氧化鎂(MgO)等粉末作為絕緣材料。由于其外徑較細且容易彎曲，所以*適合用來測量物體背面與狹小空隙等處的溫度。此外，與帶保護管的熱電偶相比，其反應速度更為靈敏。鎧裝熱電偶的套管外徑范圍較廣，可以拉長加工為8.0mmф到0.5mmф的各種尺寸。芯線拉伸得越細，常用溫度上限越低。如K型熱電偶，套管外徑0.5mmф的常用溫度上限是600℃，8.0mmф的是1050℃。

熱電阻的結構

如下圖所示，熱電阻的元件形狀有3種，目前陶瓷封裝型占主導地位。陶瓷封裝型用于帶保護管的熱電阻以及鎧裝熱電阻。陶瓷與玻璃封裝型的鉑線裸線直徑為幾十微米左右，云母板型的約為0.05mm。引線則使用比元件線粗很多的鉑合金線。

熱電阻元件的種類

帶保護管的熱電阻圖例

鎧裝熱電阻

溫度傳感器的安裝方法

1. 安裝實例和測量誤差
熱電偶和熱電阻在設備中的安裝方法和測量誤差如下圖所示。安裝時要注意機械強度，特別是高溫中保護管的變形。另外，為了避免保護管的熱損失對元件溫度的影響，需要考慮流向和保護管的外形、插入長度、保溫、隔熱等問題。

保護管安裝位置和誤差實例

2. 響應速度
雖然鎧裝熱電偶比安裝保護管的熱電偶響應速度快，但是，使用安裝了保護管的熱電偶，能夠增加強度、耐腐蝕、防熱以及易于維護。在熱導率大的水中和熱導率小的空氣中，響應速度是不同的。下圖為帶不銹鋼保護管的具有代表性的響應速度的示例，保護管內徑和外徑的不同不會對響應時間有影響。。

3. 防止保護管因卡曼振動而破裂的措施
在管道中插入保護管時，下游會產生旋渦。該旋渦稱為卡曼旋渦，會導致保護管發生卡曼振動，當振動頻率與保護管的固有振動頻率一致時，會發生共振，導致保護管破裂以及溫度檢測元件斷線。在流體為液體且流速非常快的情況下，必須防止共振發生。計算保護管自身的固有頻率和卡曼旋渦頻率，選擇保護管長度和外形尺寸時，需使卡曼旋渦頻率低于保護管的固有頻率。有時候也可以降低流速。該運算涉及到包含流體質量和黏度等數值的應力計算，比較復雜，可參考以下簡易計算公式。

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