温度传感器的时间常数与滞后，温度传感器测温影响因素以及温度传感器的误差避免

　　温度传感器 temperature transducer，利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可用输出信号。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。现代的温度传感器外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。

　　温度传感器的时间常数与滞后改善措施

　　温度传感器时间常数和滞后与温度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。

　　温度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（如下图所示），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。

　　如何改善温度传感器的时间常数和滞后

　　温度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。

　　温度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。

　　影响温度传感器测温效果的因素

　　1.插入测量介质的深度

　　最重要的是测温点的选择，对于生产工艺的过程来说，测量温度的位置，要具有典型性和代表性，不然就失去了测量的意义。在温度传感器插入被测量场所的时候，沿着传感器的长度方向将会产生一些热流。当环境温度比较低的时候就会有热量损失。导致温度传感器与被测量介质的温度不一致从而会产生测温误差。因此，由于热传导而引起的测量误差，跟插入的深度有关。而插入深度又与保护管的材质有关系。

　　在不同的材质中，由于金属保护管的导热性能好，它插入深度应该深一些，而陶瓷材料绝热性能好一些，可插入浅一些。有些方面，对于工程测温，插入深度还跟测量对象是静止还是流动的等一些状态有关，例如流动的液体或高速气流温度的测量，不会受上述限制，插入深度也可以浅一些，具体的数值应由实验来确定

　　2.与测量介质的响应时间

　　温度传感器中接触法测温的基本原理是测温元件要跟被测对象达到一个热度的平衡。所以，在测温的时候我们需要将他们保持一定时间，才能够让两者达到一个热度平衡。而保持时间的长或短，就跟测温元件的热响应时间有关系了。而热响应时间主要取决于温度传感器的结构以及测量的条件，差别很大。因此，一般普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且还会因为达不到热度平衡而产生一些测量误差。

　　所以，我们最好选择响应速度比较快的传感器。对温度传感器而言除了保护管影响外，还有就是感温元件的测量端直径大小也是其主要因素，即感温元件越细，测量端直径越小，其热响应时间就会越短。

　　3.被测介质会使热阻抗增加

　　有种情况，在高温下使用的温度传感器，如果被测量的介质形态为气态时，那么保护管表面沉积的一些灰尘等将烧熔在保护管的表面上，使得保护管加厚，它的热阻抗增大。如果被测介质形态是熔体的时候，在使用的过程当中会有炉渣沉积在上面，不仅增加了温度传感器的响应时间，而且还会让指示温度偏低，从而出现偏差，所以，我们要定期检定外，还要为了减少误差，经常抽查也是很有必要的，对温度传感器的使用时很有帮助。

　　如何避免温度传感器的误差

　　我们要避免温度传感器误差，就要了解引起温度传感器出现误差的原因，才能更好的试用温度传感器让它发挥自己的最大价值。接下来小编教大家如何避免误差。

　　1：温度传感器安装位置问题：安装位置不能靠近们或者加热的地方，至少插入深度要为保护管直径的8～10倍。不该把温度传感器和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差。

　　2：温度传感器的绝缘问题：如热电偶绝缘了，保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上100度。

　　3、热阻误差：高温时，如保护管上有一层煤灰，尘埃附在上面，则热阻增加，阻碍热的传导，这时温度示值比被测温度的真值低。因此，应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小误差。

　　4、热惰性引入的误差：由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时，甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。

　　出现以上问题之后用户对产品就可能会产生怀疑，可熟不知有可能是自己不正确安装等操作失误所导致，先不要怀疑温度传感器问题，按照以上几点检查温度传感器是否绝缘，安装是否正确。
　　

　　如何保证温度传感器的最佳测量

　　温度传感器在安装和使用时，其实只要多注意是可以保证最佳的测量的，下面小编就来具体介绍一下吧。

　　1、安装不当引入的误差

　　如热电偶安装的位置及插入深度不能反映炉膛的真实温度等，换句话说，热电偶不应装在太靠近门和加热的地方，插入的深度至少应为保护管直径的8～10倍;热电偶的保护套管与壁间的间隔未填绝热物质致使炉内热溢出或冷空气侵入，因此热电偶保护管和炉壁孔之间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的准确性;热电偶冷端太靠近炉体使温度超过100℃;热电偶的安装应尽可能避开强磁场和强电场，所以不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引入干扰造成误差;热电偶不能安装在被测介质很少流动的区域内，当用热电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流速方向安装，而且充分与气体接触。

　　2、绝缘变差而引入的误差

　　如热电偶绝缘了，保护管和拉线板污垢或盐渣过多致使热电偶极间与炉壁间绝缘不良，在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入干扰，由此引起的误差有时可达上百度。

　　3、热惰性引入的误差

　　由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时，甚至可将保护管取去。由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。为了准确的测量温度，应当择时间常数小的热选电偶。时间常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以外，最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中，通常采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管。在较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更换。

　　4、热阻误差

　　高温时，如保护管上有一层煤灰，尘埃附在上面，则热阻增加，阻碍热的传导，这时温度示值比被测温度的真值低。因此，应保持热电偶保护管外部的清洁，以减小误差。