當(dāng)前，主要的溫度儀表如熱電偶、熱電阻及輻射溫度計(jì)等技術(shù)上已經(jīng)成熟。但是，它們只能在傳統(tǒng)的場合應(yīng)用，尚不能滿足許多領(lǐng)域的要求，尤其是高科技領(lǐng)域。因此，各國專家都在有針對性的競相開發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實(shí)用測溫技術(shù)，延伸或擴(kuò)展測溫和溫標(biāo)上下限。如采用光纖、激光、遙感或存儲等技術(shù)的新型溫度計(jì)已經(jīng)實(shí)用化，新的低溫溫標(biāo)已將ITS-90下限由0.65K延伸至0.9mK，尋求高溫的金屬一碳共晶點(diǎn)取得了積極的進(jìn)展等。

測溫技術(shù)的新進(jìn)展
1、由點(diǎn)到線、由線到面溫度分布的測溫技術(shù)

①鎧裝整體多點(diǎn)熱電偶
傳統(tǒng)的溫度測量可稱為對某一“點(diǎn)”的溫度測量。如用熱電偶測量爐窯溫度，只能給出測量端所處場所的溫度。然而，人們往往對整個爐窯的溫度場及空間的溫度分布感興趣。在生產(chǎn)半導(dǎo)體的擴(kuò)散爐內(nèi)，嚴(yán)密監(jiān)視爐內(nèi)溫度分布是十分必要的。采用多芯不同長度獨(dú)立的鎧裝熱電偶集成在一根外護(hù)管內(nèi)構(gòu)成鎧裝整體多點(diǎn)熱電偶，可以測量設(shè)備不同位置的溫度分布。



②光纖式溫度分布測溫
光纖式溫度分布測量裝置是用一只傳感器就能測出線狀溫度分布的劃時代產(chǎn)品。該裝置的基本原理是將激光脈沖射到光纖中，依據(jù)到達(dá)各處返回的散射光中斯托克及反斯托克光之比，求其溫度。這種光纖式溫度分布測量裝置最長可測量30km以內(nèi)的溫度分布。用于測量油井從地面到地下深度方向的溫度分布是很理想的。

③連續(xù)熱電偶表面測溫
連續(xù)熱電偶工作原理和普通熱電偶一樣。熱敏電纜利用熱電偶的熱電效應(yīng)，但測量的不是偶頭端部的溫度，而是沿?zé)犭姌O長度上最高溫度點(diǎn)處的溫度。由于它這種獨(dú)特功能，最初被美國作為高、精、尖端技術(shù)設(shè)備安裝鋪設(shè)在航空母艦和驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)、航天器、軍備庫等準(zhǔn)軍事設(shè)備中。昌暉儀表生產(chǎn)的熱敏電纜使用溫度范圍在-40~900℃，耐腐蝕、抗振動沖擊，可用在很多感溫電纜、感溫光纖均無法應(yīng)用的場合，預(yù)防、減少因 “過熱”引起的事故和損失。



④用輻射溫度計(jì)或熱像儀測量表面溫度分布
對于被測表面的溫度測量與控制，從前多用熱像儀或輻射溫度計(jì)，如水泥行業(yè)對回轉(zhuǎn)窯表面溫度監(jiān)視，通過紅外溫度計(jì)沿窯軸線運(yùn)動可以測出旋轉(zhuǎn)爐窯表面溫度分布，以防止過燒。然而，對于鋼鐵廠的高爐外表層的溫度分布的測量，若采用輻射溫度計(jì)，則由于視野及精度等原因，目前仍多采用熱電偶。可是，若具有充分的監(jiān)視能力，必須用多點(diǎn)熱電偶，致使成本增高；若采用上述的光纖技術(shù)則可以大幅度降低成本。

⑤用長熱電偶(鎧偶)測量表面溫度分布
對于步進(jìn)式加熱爐等爐內(nèi)溫度分布的測量，通常是將熱電偶焊接或鉚接在耐熱物體上，然后在逐漸向爐內(nèi)移動的同時測量溫度。為了測量整個爐內(nèi)溫度分布，熱電偶要很長，有的達(dá)90m以上，操作很不方便。

⑥用耐熱數(shù)據(jù)記錄儀與短熱電偶相結(jié)合測量表面溫度分布
將小型半導(dǎo)體存儲裝置放入耐熱容器內(nèi)，并與短熱電偶一起隨物體放入爐內(nèi)，就可以很方便地測量爐內(nèi)溫度分布。當(dāng)然，根據(jù)爐內(nèi)溫度高低及停留時間長短，該裝置具備一定的耐熱性是必要的。



2、由表面到內(nèi)部、深部的溫度測量技術(shù)
欲知物體內(nèi)部溫度，是將帶有保護(hù)管的溫度傳感器插人物體內(nèi)直接測量。但是，有時卻受到許多制約，有時欲測量的內(nèi)部溫度是不能直接插人的，例如人體內(nèi)部溫度的測量。為此，人們有針對性地開發(fā)出測量體溫的溫度計(jì)，其原理如圖所示。溫度計(jì)中間有絕熱層，上下各有一個熱敏電阻，并在其上放一個加熱器。如將此溫度計(jì)放在人體表面上，因在上、下熱敏電阻間有溫度差，所以要用加熱器加熱來消除溫度差。在內(nèi)部附有發(fā)熱體的物體中，熱量將由內(nèi)向外擴(kuò)散，因此表面溫度當(dāng)然要比內(nèi)部溫度低，其間具有溫度差。為此，在加熱物體的表面，如能消除此溫度梯度，并能測出表面溫度便可知其內(nèi)部溫度。應(yīng)用上述原理，欲測量工程管道內(nèi)的流體溫度，在此不用加熱器，而在管道上安放一塊與管道具有相同材質(zhì)的墊片。其外部再纏繞保溫材料，用此方法減少或盡量消除溫度梯度。這種管道包括墊片在內(nèi)與內(nèi)部流體的溫度梯度將非常小。因此，如在管壁及墊片間插入極細(xì)鎧裝熱電偶，就可以測出近似于流體的溫度。其絕熱原理如圖所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與插入管道內(nèi)熱電偶實(shí)測結(jié)果偏差極小，而且響應(yīng)時間也很短。



3、從有線到無線的測溫技術(shù)
傳統(tǒng)的熱電高溫計(jì)均由熱電偶、補(bǔ)償導(dǎo)線及顯示儀表組成，即測溫元件與儀表間具有不可分割的聯(lián)系。通常都是采用帶有電纜的有線連接方式。然而，對于旋轉(zhuǎn)或移動物體溫度進(jìn)行監(jiān)測時，則遇到了難以克服的困難。為了從電纜束縛中解放出來，最近開發(fā)出帶有遙測儀或溫度存儲器的測溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)不用導(dǎo)線連接，而是采用無線傳輸方式，開拓了新型測溫方法。

①空調(diào)用溫、濕度傳感器系統(tǒng)
該系統(tǒng)有主機(jī)與子機(jī)兩部分。子機(jī)應(yīng)定期將設(shè)在內(nèi)部的溫、濕度傳感器測得的數(shù)據(jù)以無線方式傳送給主機(jī)。主機(jī)再通過輸出單元將其轉(zhuǎn)換成1~5V的信號，送給控制裝置。由于子機(jī)采用電池供電，可放置在任何地方，并可將控制信號以無線方式傳遞，十分方便。

②無線巡回測檢系統(tǒng)
對于安裝在現(xiàn)場的傳感器測得的數(shù)據(jù)，不用巡檢人員到現(xiàn)場目測或記錄，而是通過無線數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，對帶有無線傳輸模式的現(xiàn)場用傳感器進(jìn)行無線巡回檢測。這種檢測系統(tǒng)對于危險(xiǎn)場所及高部位的檢測將十分方便。



作者：王魁漢