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氧化鋯氧量傳感器過(guò)程應(yīng)用較新進(jìn)展 傳感器技術(shù)指標(biāo)

時(shí)間:2020-07-29    來(lái)源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
1. 前言

電化學(xué)傳感器氣體分析技術(shù)在控制能源和原料消耗、改善工業(yè)過(guò)程生產(chǎn)率以及控制污染物排放等工業(yè)領(lǐng)域,正在發(fā)揮日益重要的作用。事實(shí)上,汽車工業(yè)早已開(kāi)發(fā)出各種固態(tài)傳感器,用于汽車發(fā)電機(jī)燃燒效率控制。目前,首創(chuàng)于汽車工業(yè)的這項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)已將應(yīng)用領(lǐng)域拓展至工業(yè)窯爐、鍋爐和汽輪機(jī)等。

如今,氧化鋯氧量傳感器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域和運(yùn)輸工具。Peters和M?bius [3] 以及 Weissbart 和Ruka (美國(guó)西屋電氣公司) [4] 于1961年開(kāi)發(fā)出著名的λ傳感器。上世紀(jì)70年代初期,在鋼鐵生產(chǎn)控制中首次采用了一次性氧化鋯氧量傳感器,分析鐵水中的氧含量 [5]。上世紀(jì)60年代,為了開(kāi)發(fā)固態(tài)氧燃料電池(SOFC),研制出堅(jiān)固耐用的鉑電極和固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)(氧化鋯結(jié)晶體)。其后,美國(guó)西屋電氣公司在此基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)用于過(guò)程氣體分析的工業(yè)用氧化鋯氧量傳感器。時(shí)至今日,氧化鋯氧量傳感器的主要應(yīng)用仍然集中在控制汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣/燃油比 [6-8]。

在空氣與燃油混合點(diǎn)火時(shí),要求空氣要達(dá)到一定的比例,以期使燃燒過(guò)程完全充分。燃燒后廢氣中的氧含量可以直接反映燃料混合物中空氣

量的相對(duì)富裕或相對(duì)不足。自上世紀(jì)70年代起,氧化鋯氧量傳感器,或稱為λ傳感器,一直用于監(jiān)視汽車廢氣中的氧含量。

1976年,受普通火花賽設(shè)計(jì)的影響,德國(guó)BOSCH(博世)公司首次在其不加熱的錐管型λ傳感器(LS)中,裝入了氧化鋯傳感器本體,用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的反饋燃油控制。不加熱的氧化鋯氧量傳感器僅僅依靠廢氣的熱量,使工作溫度達(dá)到600-900℃。

1982年,BOSCH研制了第二代加熱的錐管型λ傳感器(LSH),目的是減少冷啟動(dòng)時(shí)的廢氣排放。

1997年,BOSCH又開(kāi)發(fā)了加熱的平面型λ傳感器(LSF)。LSF傳感器由鉑電極、固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)(氧化鋯結(jié)晶)、絕緣材料和加熱器組成,采用分層結(jié)構(gòu),疊壓在薄形基片上。

較新型的氧化鋯傳感器技術(shù)是基于平面型λ傳感器設(shè)計(jì),具有直接測(cè)量空氣/燃油比的功能。以往所有的λ氧傳感器均采用傳統(tǒng)的來(lái)回切換式設(shè)計(jì)。較新的寬帶式λ傳感器(WB)則完全摒棄了這種設(shè)計(jì)理念,可以產(chǎn)生與空氣/燃油比成正比的信號(hào)。

寬帶式氧化鋯傳感器與錐管型或平面型傳感器的相同之處在于:當(dāng)空氣/燃料比中的空氣量相對(duì)不足時(shí),產(chǎn)生一個(gè)低電壓信號(hào);當(dāng)空氣量相對(duì)富裕時(shí),產(chǎn)生一個(gè)高電壓信號(hào)。不同之處在于:寬帶式氧化鋯傳感器沒(méi)有快速的切換動(dòng)作,而是根據(jù)空氣/燃料比中空氣量的相對(duì)富?;蛳鄬?duì)不足,緩慢地增加或減少電壓。在較佳空氣/燃料控制比14.7:1位置,寬帶式氧化鋯傳感器會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的450mV電壓信號(hào)。若空氣量出現(xiàn)微小的相對(duì)富?;蛳鄬?duì)不足時(shí),傳感器的輸出電壓也相應(yīng)地產(chǎn)生微小變化,而不是劇烈地增加或減少。寬帶式氧化鋯傳感器的另一個(gè)不同之處在于加熱器電路。與平面型傳感器一樣,寬帶氧化鋯傳感器的加熱器電路也是印制在陶瓷片上,但是采用脈沖持續(xù)時(shí)間模塊化設(shè)計(jì),使工作溫度穩(wěn)定在700-800℃范圍內(nèi)。BOSCH的寬帶式λ傳感器,即LSU 4.9,對(duì)空氣/燃油混合物變化的響應(yīng)時(shí)間小于0.1秒,其內(nèi)部加熱器可以使傳感器的工作溫度在20秒內(nèi)達(dá)到800℃。

氧氣泵是寬帶式氧化鋯傳感器的組成部分。為了精確測(cè)量,氧氣泵抽取被測(cè)排放氣體,注入到電化學(xué)電池組(稱為能斯特電池)之間的“擴(kuò)散”間隙。能斯特電池用導(dǎo)線與氧氣泵連接,根據(jù)“擴(kuò)散”間隙中的氧含量,能斯特電池分流一部分電流。當(dāng)電流值達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),其與被測(cè)排放氣體中的氧含量成正比,該信號(hào)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算裝置,提供精確的空氣/燃油比,從而滿足國(guó)際較新的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)。

氧化鋯傳感器開(kāi)發(fā)的另一個(gè)重要里程碑,是引入了焙燒鉑金屬陶瓷電極技術(shù)和釉底料技術(shù)。所謂的釉底料技術(shù)是將多孔保護(hù)膜與等離子噴涂晶體層技術(shù)相結(jié)合,形成雙保護(hù)層系統(tǒng) [9]。盡管用于汽車工業(yè)排放控制的λ傳感器非常先進(jìn)、可靠,但還是很難適應(yīng)在線工業(yè)過(guò)程的應(yīng)用要求,問(wèn)題的主要癥結(jié)在于嚴(yán)酷的工作環(huán)境和傳感器的封裝材料。

2. 理論基礎(chǔ)

所有工業(yè)用氧化鋯傳感器均基于以下原理:電池由固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)(絕大部分為穩(wěn)定的氧化釔?氧化鋯,簡(jiǎn)稱YSZ)和兩個(gè)鉑電極所組成。鉑電極焙燒在氧化鋯陶瓷片的兩側(cè),暴露在被測(cè)過(guò)程氣和參比氣中:

O2(參比側(cè)氧分壓),鉑電極 │ 氧化鋯 │鉑電極,O2(測(cè)量側(cè)氧分壓)

使用高溫密封材料和氧化鋯陶瓷片,使測(cè)量側(cè)與參比側(cè)徹底分離。由于氧化鋯傳感器兩側(cè)的氧濃度不同,形成濃差電勢(shì)E,該電勢(shì)大小符合能斯特方程:

式中,

C為常數(shù),與氧化鋯鋯頭的熱接點(diǎn)、參比側(cè)與測(cè)量側(cè)的溫度和壓差有關(guān);R為通用氣體常數(shù);T為被測(cè)過(guò)程氣的溫度,單位K;F為法拉第常數(shù)。

氧反應(yīng)發(fā)生在“三相區(qū)域”(簡(jiǎn)稱TPB,即鉑電極、固態(tài)氧化鋯電解質(zhì)和被測(cè)氣體),其中,O2代表氧分子;e’代表電子;VO”代表氧離子空穴(請(qǐng)參閱圖1A)。氧反應(yīng)過(guò)程包括:氧分子吸收、電解質(zhì)/電極表面分解、以及最后擴(kuò)散至TPB,在TPB處發(fā)生氧電化學(xué)反應(yīng)。如果使用復(fù)合的離子-電子導(dǎo)電電極,或者帶電子和離子導(dǎo)體的陶瓷電極(例如:鉑-氧化鋯),則在電極主體發(fā)生氧電化學(xué)反應(yīng),這樣可以有效改善氧傳感器的使用性能(請(qǐng)參閱圖1B)。


圖1. 氧傳感器電化學(xué)反應(yīng)

通常,在參比側(cè)固定氧分壓,例如,空氣壓力p(O2)=0.21bar時(shí),熱平衡型氧傳感器上的信號(hào)只取決于過(guò)程和/或傳感器加熱器溫度(請(qǐng)參閱圖2)。


圖2. 工業(yè)用氧化鋯氧量傳感器:溫度與濃度的函數(shù)關(guān)系圖

工業(yè)氧化鋯氧量傳感器通常工作在300℃以上的溫度條件下,氧離子在氧化鋯傳感器中遷移,并最終在氧化鋯的測(cè)量側(cè)、參比側(cè)和氧化鋯電解質(zhì)表界面實(shí)現(xiàn)氧平衡。提高工作溫度可以改善傳感器的性能,但是,高溫對(duì)傳感器的封裝材料是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。因此,絕大多數(shù)工業(yè)用氧化鋯氧量傳感器的工作溫度在700-800℃范圍內(nèi)。

3. 氧化鋯鋯頭設(shè)計(jì)

工業(yè)用氧化鋯氧量傳感器的有兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),一種是密閉的鋯管結(jié)構(gòu),另一種是將盤(pán)狀鋯池封裝在鋁質(zhì)或其它金屬鋯管上的結(jié)構(gòu)(參閱圖3)。


圖3. 氧化鋯鋯池示意圖

鋯管結(jié)構(gòu)或“套筒式”工業(yè)設(shè)計(jì)〔圖4:ABB和日本橫河公司鋯池圖例〕,具有良好的使用性能,但是,由于鋯池陶瓷組件帶凸緣結(jié)構(gòu),形狀較為復(fù)雜,且整個(gè)鋯管均受到熱應(yīng)力的影響,因此,該氧化鋯鋯池的強(qiáng)度較差。此外,鋯池中的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域的熱平衡也不能達(dá)到較佳狀態(tài)。


圖4. 工業(yè)用氧化鋯鋯池設(shè)計(jì)

盤(pán)狀鋯池封裝在金屬鋯管上的結(jié)構(gòu)(圖4,Rosemount),由于金屬盤(pán)和金屬鋯管的熱膨脹系數(shù)完全匹配,因此,參比側(cè)與測(cè)量側(cè)之間的溫差很小,氧化鋯陶瓷組件所受的熱應(yīng)力影響也很少。此外,獨(dú)特的多孔鉑-氧化鋯陶瓷電極組件設(shè)計(jì)(參閱圖5),拓寬了發(fā)生氧反應(yīng)的TPB界面,改善了氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間和使用壽命。


圖5. 鉑-氧化鋯陶瓷組件在掃描式電子顯微鏡中的圖像

工業(yè)用氧傳感器的最高品質(zhì)規(guī)格是工業(yè)在線應(yīng)用,即要求氧化鋯氧量傳感器即使是在極端溫度和爆炸性環(huán)境,也能可靠地工作多年(請(qǐng)參閱圖6-7)。


圖6. ZR202G氧分析儀(日本橫河)


圖7. X-STREAM 氧分析儀(Rosemount Analytical)

Inconel、哈氏合金或316L不銹鋼屬于特種合金,在高溫過(guò)程環(huán)境條件下,具有優(yōu)異的抗氧化和抗腐蝕性能??梢允褂蒙鲜龊辖鹬谱鲅趸嗕喒堋?nèi)部標(biāo)定氣管線和參比氣管線(請(qǐng)參閱圖8)。


圖8. X-STREAM O2氧化鋯鋯頭組件

特制的氧化鋯鋯池組件可以改善熱平衡,陶瓷或金屬擴(kuò)散元件適用于含高粉塵的測(cè)量應(yīng)用。這兩個(gè)特性均可以提高氧分析儀的性能(請(qǐng)參閱圖9)。

4.用氧化鋯分析儀監(jiān)控燃燒過(guò)程

工業(yè)用氧化鋯分析儀廣泛用于燃燒過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制,應(yīng)用范圍包括耗能行業(yè)(鋼鐵、電力、石油化工、陶瓷工藝、紙漿造紙、食品、紡織)和各種燃燒設(shè)備(鍋爐或焚化爐等)。較佳的燃燒狀態(tài)要求煙氣中CO2含量應(yīng)達(dá)到最大值,O2濃度則應(yīng)接近于零(請(qǐng)參閱圖10)。


圖10. 燃燒過(guò)程氣體成分圖

在較佳燃燒狀態(tài),氧氣和燃料的配比應(yīng)符合理想比例。通常,煙氣中的主要成分是二氧化碳CO2和水H2O。此外,還有極少量的其它氣體,如二氧化硫SO2和氮氧化物NOX,這些氣體來(lái)自于燃料雜質(zhì)和空氣中的氮?dú)獗谎趸?

理想的化學(xué)計(jì)量點(diǎn)——最高效率和最低排放,在實(shí)際燃燒過(guò)程中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,原因是燃料/空氣的配比、燃能密度、燃料和空氣流量都不是一成不變的。氧化燃燒過(guò)程會(huì)造成熱量損耗,并產(chǎn)生大量的氮氧化物污染;還原燃燒過(guò)程燃燒不完全的燃料,通過(guò)煙囪會(huì)排放大量煤煙,造成環(huán)境污染,同時(shí)極大地縮短燃燒器的使用壽命。此外,由于燃料、空氣不可能完全混合,因此,理想燃燒實(shí)際上是不可能實(shí)現(xiàn)的,絕大多數(shù)燃燒設(shè)備煙氣氧含量均控制在幾個(gè)百分點(diǎn)。通常,燃?xì)馊紵鳠煔庋鹾靠刂圃?-3%;鍋爐和燃油燃燒器煙氣氧含量控制在為2-6%。煙氣溫度越低,燃燒效率越高(請(qǐng)參閱圖11)。


圖11. 燃燒效率取決于氧含量和煙氣溫度

一般來(lái)說(shuō),氧含量控制在0.75-2%,燃燒可達(dá)到較佳狀態(tài)。不同的煙氣溫度,燃燒過(guò)程氧含量每減少1%,可節(jié)約燃料1-3%。

與燃?xì)饣蛉加湾仩t不同,燃煤鍋爐的煙氣含有大量粉塵,如:飛灰、硫和二氧化硫SO2等。眾所周知,抽取式的分析系統(tǒng)存在堵塞和冷凝問(wèn)題,與之相比,直插式O2/CO測(cè)量技術(shù)就顯示出較高的可靠性。

燃煤電廠鍋爐的典型氧含量控制如圖12所示。


圖12. 使用X-STREAM氧化鋯分析儀監(jiān)視燃燒過(guò)程的氧含量

單獨(dú)測(cè)量煙氣的氧含量可以較好地控制燃燒過(guò)程,如果同時(shí)再測(cè)量一氧化碳CO,則可以進(jìn)一步提高燃燒效率和控制穩(wěn)定性。經(jīng)驗(yàn)證明:若煙氣中含有約100ppm的一氧化碳和少量的氧,則燃燒過(guò)程可以接近化學(xué)計(jì)量點(diǎn),達(dá)到最高的燃燒效率。燃煤電廠鍋爐平均的O2/CO濃度測(cè)量示例如圖13所示。


圖13. 燃燒過(guò)程O(píng)2/CO監(jiān)測(cè)結(jié)果

用氧化鋯分析儀監(jiān)測(cè)氧和一氧化碳,控制燃燒過(guò)程,對(duì)降低氮氧化物NOX和二氧化硫SO2排放也是有效的。因?yàn)橥瑫r(shí)監(jiān)測(cè)兩個(gè)參數(shù),可以控制燃料燃燒更完全,使燃燒過(guò)程接近于化學(xué)計(jì)量點(diǎn),燃燒效率最高,此時(shí)氧含量控制在1-2%。

燃燒過(guò)程中,煙氣溫度是變量,氧化鋯分析儀可以在檢測(cè)氧含量的同時(shí),觀測(cè)到煙氣溫度的變化。在煙氣溫度變化過(guò)程中,為了使氧含量測(cè)量更準(zhǔn)確,信號(hào)更穩(wěn)定,要求氧化鋯分析儀要能夠保持熱平衡,以消除熱接點(diǎn)對(duì)氧測(cè)量信號(hào)的影響(市場(chǎng)上有些氧化鋯分析儀,溫度的波動(dòng)影響達(dá)到10mV,對(duì)氧測(cè)量信號(hào)的影響為3±1%O2)。

煙氣溫度變化對(duì)Rosemount Analytical的X-STREAM氧化鋯分析儀的斜率和常數(shù)影響極小 [10]。當(dāng)被測(cè)過(guò)程溫度在25-600℃范圍內(nèi)變化時(shí),由此產(chǎn)生的氧含量測(cè)量誤差小于±0.025%O2(請(qǐng)參閱圖14)。這一新型的工業(yè)用氧化鋯分析儀可以在較寬測(cè)量范圍內(nèi),保證氧含量測(cè)量的穩(wěn)定性和精確度。但是,不包括在空氣中測(cè)量,因?yàn)榭諝鉂穸鹊淖兓瘯?huì)影響氧分壓,而傳感器的測(cè)量信號(hào)與氧濃度成對(duì)數(shù)關(guān)系,因而會(huì)給傳感器引入比較可觀的測(cè)量誤差(請(qǐng)參閱圖15)。


圖14. X-STREAM氧化鋯分析儀斜率和C常數(shù)與過(guò)程溫度的函數(shù)關(guān)系


圖15. X-STREAM氧化鋯分析儀的穩(wěn)定性和精確度

實(shí)時(shí)控制可以有效地改善現(xiàn)代燃燒控制過(guò)程。一般情況下,燃燒控制過(guò)程可以分成兩類:操作點(diǎn)控制(OPC)和有效燃燒控制(ACC)。

在有效燃燒控制ACC中,控制器的輸出用于調(diào)節(jié)流量特性,例如調(diào)節(jié)燃料流量。ACC已經(jīng)在許多分層火焰燃燒爐和紊流燃燒器中取得了不同程度的業(yè)績(jī)。貧燃料預(yù)混燃燒可以降低火焰溫度,因而是減低NOX排放的有效方法。但是,這種方法有兩個(gè)缺點(diǎn),一是熄火,二是控制穩(wěn)定性不好 [2]。在這種控制應(yīng)用中,要求氧化鋯傳感器必須能夠迅速、精確地確定燃燒系統(tǒng)的工作狀況。燃燒不穩(wěn)定的情況是經(jīng)常發(fā)生的,其發(fā)生頻率小于500Hz,故在這種控制應(yīng)用中,要求傳感器的實(shí)時(shí)響應(yīng)頻率要達(dá)到kHz級(jí),這樣才能提供有效的反饋控制信號(hào)。

操作點(diǎn)控制(OPC)是通過(guò)調(diào)節(jié)燃料注入量,控制火焰參數(shù)。這種控制沒(méi)有精確的空氣流量信息,只是基于實(shí)際的火焰特性和估計(jì)的空氣流量進(jìn)行控制。在這種控制應(yīng)用中,可以利用氧化鋯傳感器的測(cè)量結(jié)果,精確地調(diào)節(jié)燃料/空氣比。

有關(guān)氧化鋯氧量傳感器的材質(zhì)、在不同環(huán)境中傳感器的使用性能和應(yīng)用限制等更多詳細(xì)信息,可以參閱最近發(fā)表的相關(guān)資料 [11-15]。

[1] M. Kleitz, E. Siebert, P. Fabry, J. Fouletier, 固態(tài)電化學(xué)傳感器——傳感器綜述, Eds. W. Gopel, J. Hesse, J. N. Zemel, VCH, New York, 第2卷, 1991年, 第341-428頁(yè)
[2] N. Docquier, S. Candel, 過(guò)程控制和傳感器——回顧, 《能源和燃燒科學(xué)進(jìn)展》, 第28卷, 2002年, 第107-150頁(yè)
[3] H. Peters, H. H. Mobius, 使用電流型固態(tài)電解質(zhì)元件進(jìn)行高溫氣體分析的程序, DD-專利 21673, 1991年
[4] J. Weissbart, R. Ruka, 氧表,《科學(xué)儀表展望》, 第32卷, 1961年, 第107-150頁(yè)
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[10] Rosemount Analytical Inc. 網(wǎng)站 (http://www.emersonprocess.com/raihome.com/gas/)
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[13] H. H. Mobius, 氣體分析用固態(tài)電化學(xué)電位傳感器 — 傳感器綜述, Eds. W. Gopel, J. Hesse, J. N. Zemel, VCH, New York, 第
3卷, 1921年, 第1105-1154頁(yè)
[14] S. Zhuiykov, 氧化鋯氣體傳感器的電化學(xué), CRC Press, Boca Raton/London/New York, 2008年, 第1-297頁(yè)
[15] P. Shuk, Y. Guth和E. Bailey, 工業(yè)氧化鋯傳感器: 較新進(jìn)展, ICST-2007, 2007年, 第488-492頁(yè)
如何正確選擇紅外溫度傳感器

    選擇紅外溫度傳感器主要從性能指標(biāo)和環(huán)境和工作條件兩方面來(lái)加以考慮。其中性能指標(biāo)又包括溫度范圍、光斑尺寸、工作波長(zhǎng)、測(cè)量精度、響應(yīng)時(shí)間等;環(huán)境和工作條件則包括環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等。其它你也可以將使用方便、維修和校準(zhǔn)性能以及價(jià)格等方面因素進(jìn)行綜合比較。隨著紅外技術(shù)和不斷發(fā)展,用戶對(duì)紅外傳感器有很多種選擇。

    一、工作條件和使用環(huán)境

    1、紅外溫度傳感器的工作條件。環(huán)境溫度、窗口、顯示和輸出、保護(hù)附件等都是選購(gòu)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。這些和儀器的保養(yǎng)、維修等密切相關(guān)。

    2、傳感器使用的環(huán)境也決定了你可以選擇何種紅外溫度傳感器。比如雙色溫度傳感器更適用于煙霧、灰塵等環(huán)境下,而光纖雙色溫度傳感器則更適用于噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)或難以接近環(huán)境中。

    二、光學(xué)分辨率由D與S之比確定,是傳感器到目標(biāo)之間的距離D與測(cè)量光斑直徑S之比。如果傳感器由于環(huán)境條件限制必須安裝在遠(yuǎn)離目標(biāo)之處,而又要測(cè)量小的目標(biāo),就應(yīng)選擇高光學(xué)分辨率的傳感器。光學(xué)分辨率越高,即增大D:S比值,測(cè)溫儀的成本也越高。

    三、響應(yīng)時(shí)間表示紅外溫度傳感器對(duì)被測(cè)溫度變化的反應(yīng)速度,定義為到達(dá)最后讀數(shù)的95%能量所需要時(shí)間,它與光電探測(cè)器、信號(hào)處理電路及顯示系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)有關(guān)。新型紅外溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間可達(dá)1ms。這要比接觸式測(cè)溫方法,快得多。如果目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度很快或測(cè)量快速加熱的目標(biāo)時(shí),要選用快速響應(yīng)紅外溫度傳感器,否則達(dá)不到足夠的信號(hào)響應(yīng),會(huì)降低測(cè)量精度。然而,并不是所有應(yīng)用都要求快速響應(yīng)的紅外溫度傳感器。對(duì)于靜止的或目標(biāo)熱過(guò)程存在熱慣性時(shí),測(cè)溫儀的響應(yīng)時(shí)間就可以放寬要求了。因此,紅外溫度傳感器響應(yīng)時(shí)間的選擇要和被測(cè)目標(biāo)的情況相適應(yīng)。

    四、信號(hào)處理功能:

    測(cè)量離散過(guò)程(如零件生產(chǎn))和連續(xù)過(guò)程不同,要求紅外溫度傳感器有信號(hào)處理功能(如峰值保持、谷值保持、平均值)。如測(cè)溫傳送帶上的玻璃時(shí),就要用峰值保持,其溫度的輸出信號(hào)傳送至控制器內(nèi)。

    五、環(huán)境條件考慮

    溫度傳感器所處的環(huán)境條件對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大影響,應(yīng)加以考慮、并適當(dāng)解決,否則會(huì)影響測(cè)溫精度甚至引起測(cè)溫儀的損壞。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高、存在灰塵、煙霧和蒸汽的條件下,可選用廠商提供的保護(hù)套、水冷卻、空氣冷卻系統(tǒng)、空氣吹掃器等附件。這些附件可有效地解決環(huán)境影響并保護(hù)測(cè)溫儀,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)溫。在確定附件時(shí),應(yīng)盡可能要求標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù),以降低安裝成本。調(diào)查煙霧、灰塵或其他顆粒降低測(cè)量能量信號(hào),雙色溫度傳感器是較佳選擇。在噪聲、電磁場(chǎng)、震動(dòng)或難以接近環(huán)境條件下,或其他惡劣條件下,光纖雙色溫度傳感器是較佳選擇。

    六、確定測(cè)溫范圍

    測(cè)溫范圍是傳感器較為重要的一個(gè)性能指標(biāo),每種型號(hào)的傳感器都有自己特定的測(cè)溫范圍。因此,用戶的被測(cè)溫度范圍一定要考慮準(zhǔn)確、周全,既不要過(guò)窄,也不要過(guò)寬。根據(jù)黑體輻射定律,在光譜的短波段由溫度引起的輻射能量的變化將超過(guò)由發(fā)射率誤差所引起的輻射能量的變化,因此,測(cè)溫時(shí)應(yīng)盡量選用短波較好。

    七、確定目標(biāo)尺寸

    紅外溫度傳感器根據(jù)原理可分為單色溫度傳感器和雙色溫度傳感器。對(duì)于單色溫度傳感器,在進(jìn)行測(cè)溫時(shí),被測(cè)目標(biāo)面積應(yīng)充滿傳感器視場(chǎng)。建議被測(cè)目標(biāo)尺寸超過(guò)視場(chǎng)大小的50%為好。如果目標(biāo)尺寸小于視場(chǎng),背景輻射能量就會(huì)進(jìn)入傳感器的視聲符支干擾測(cè)溫讀數(shù),造成誤差。相反,如果目標(biāo)大于測(cè)溫儀的視場(chǎng),測(cè)溫儀就不會(huì)受到測(cè)量區(qū)域外面的背景影響。

    八、確定波長(zhǎng)范圍

    目標(biāo)材料的發(fā)射率和表面特性決定測(cè)溫儀的光譜響應(yīng)或波長(zhǎng)。對(duì)于高反射率合金材料,有低的或變化的發(fā)射率。在高溫區(qū),測(cè)量金屬材料的較佳波長(zhǎng)是近紅外,可選用0.18-1.0μm波長(zhǎng)。其他溫區(qū)可選用1.6μm、2.2μm和3.9μm波長(zhǎng)。由于有些材料在一定波長(zhǎng)是透明的,紅外能量會(huì)穿透這些材料,對(duì)這種材料應(yīng)選擇特殊的波長(zhǎng)。如測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用10μm、2.2μm和3.9μm(被測(cè)玻璃要很厚,否則會(huì)透過(guò))波長(zhǎng);測(cè)量玻璃內(nèi)部溫度選用5.0μm波長(zhǎng);測(cè)低區(qū)區(qū)選用8-14μm波長(zhǎng)為宜;再如測(cè)量聚乙烯塑料薄膜選用3.43μm波長(zhǎng),聚醋類選用4.3μm或7.9μm波長(zhǎng)。厚度超過(guò)0.4mm選用8-14μm波長(zhǎng);又如測(cè)火焰中的C02用窄帶4.24-4.3μm波長(zhǎng),測(cè)火焰中的C0用窄帶4.64μm波長(zhǎng),測(cè)量火焰中的N02用4.47μm波長(zhǎng)。

標(biāo)簽: 紅外溫度傳感器
紅外溫度傳感器 如何正確選擇紅外溫度傳感器_紅外溫度傳感器

粗糙度儀可以搭配幾種傳感器

 
我們?cè)跍y(cè)量不同工件的時(shí)候,會(huì)搭配不同的傳感器進(jìn)行測(cè)量。那么粗糙度儀可以搭配幾種傳感器呢?傳感器又有幾種呢?下面小編來(lái)解答一下
 
傳感器分為:
 
1.標(biāo)準(zhǔn)傳感器
 
標(biāo)準(zhǔn)傳感器時(shí)使用zui多的傳感器,它可以測(cè)量大多數(shù)的平面、斜面、圓錐面、內(nèi)孔、溝槽等多種表面的粗糙度,可以進(jìn)行手持式測(cè)量,除了標(biāo)準(zhǔn)傳感器,其他專用傳感器都需要使用測(cè)量平臺(tái)來(lái)測(cè)量。
 
2.曲面?zhèn)鞲衅?br /> 
曲面?zhèn)鞲衅髦饕糜跍y(cè)量半徑大于3mm的光滑圓柱表面的粗糙度,對(duì)于半徑較大的光滑球面等其他曲面也能取得較好的近似值,曲率半徑越大,表面越光滑,測(cè)量效果越好。
 
3.小孔傳感器
 
使用小孔傳感器,可測(cè)量孔直徑大于2mm的內(nèi)表面粗糙度。
 
4.深槽傳感器
 
使用深槽傳感器,可測(cè)量槽寬大于3㎜,槽深小于10㎜的溝槽;或者高度小于10㎜的臺(tái)階的表面粗糙度,也可測(cè)量平直柱面,配合平臺(tái)使用。
 
以上四種傳感器都可以搭配粗糙度儀來(lái)使用,不同的傳感器測(cè)量的工件不同。




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