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(chǎng)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(guó)專家都在有針對(duì)性的競(jìng)相開(kāi)發(fā)各種新型溫度傳感器及特殊與實(shí)用測(cè)溫技術(shù)，延伸或擴(kuò)展測(cè)溫和溫標(biāo)上下限。如采用光纖、激光、遙感或存儲(chǔ)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(cè)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(cè)溫技術(shù)
①鎧裝整體多點(diǎn)熱電偶
傳統(tǒng)的溫度測(cè)量可稱為對(duì)某一“點(diǎn)”的溫度測(cè)量。如用熱電偶測(cè)量爐窯溫度，只能給出測(cè)量端所處場(chǎng)所的溫度。然而，人們往往對(duì)整個(gè)爐窯的溫度場(chǎng)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(zhǎng)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(cè)量設(shè)備不同位置的溫度分布。
②光纖式溫度分布測(cè)溫
光纖式溫度分布測(cè)量裝置是用一只傳感器就能測(cè)出線狀溫度分布的劃時(shí)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(cè)量裝置最長(zhǎng)可測(cè)量30km以內(nèi)的溫度分布。用于測(cè)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(cè)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(cè)量的不是偶頭端部的溫度，而是沿?zé)犭姌O長(zhǎng)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(guó)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(kù)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(dòng)沖擊，可用在很多感溫電纜、感溫光纖均無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合，預(yù)防、減少因 “過(guò)熱”引起的事故和損失。
④用輻射溫度計(jì)或熱像儀測(cè)量表面溫度分布
對(duì)于被測(cè)表面的溫度測(cè)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(duì)回轉(zhuǎn)窯表面溫度監(jiān)視，通過(guò)紅外溫度計(jì)沿窯軸線運(yùn)動(dòng)可以測(cè)出旋轉(zhuǎn)爐窯表面溫度分布，以防止過(guò)燒。然而，對(duì)于鋼鐵廠的高爐外表層的溫度分布的測(cè)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(zhǎng)熱電偶(鎧偶)測(cè)量表面溫度分布
對(duì)于步進(jìn)式加熱爐等爐內(nèi)溫度分布的測(cè)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(dòng)的同時(shí)測(cè)量溫度。為了測(cè)量整個(gè)爐內(nèi)溫度分布，熱電偶要很長(zhǎng)，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(cè)量表面溫度分布
將小型半導(dǎo)體存儲(chǔ)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(cè)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(shí)間長(zhǎng)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(cè)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(cè)量。但是，有時(shí)卻受到許多制約，有時(shí)欲測(cè)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(cè)量。為此，人們有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)出測(cè)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(gè)熱敏電阻，并在其上放一個(gè)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(lái)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(cè)出表面溫度便可知其內(nèi)部溫度。應(yīng)用上述原理，欲測(cè)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(cè)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(cè)結(jié)果偏差極小，而且響應(yīng)時(shí)間也很短。
3、從有線到無(wú)線的測(cè)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(cè)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(duì)于旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)物體溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，則遇到了難以克服的困難。為了從電纜束縛中解放出來(lái)，最近開(kāi)發(fā)出帶有遙測(cè)儀或溫度存儲(chǔ)器的測(cè)溫系統(tǒng)。該系統(tǒng)不用導(dǎo)線連接，而是采用無(wú)線傳輸方式，開(kāi)拓了新型測(cè)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(cè)得的數(shù)據(jù)以無(wú)線方式傳送給主機(jī)。主機(jī)再通過(guò)輸出單元將其轉(zhuǎn)換成1~5V的信號(hào)，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(hào)以無(wú)線方式傳遞，十分方便。
②無(wú)線巡回測(cè)檢系統(tǒng)
對(duì)于安裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)，不用巡檢人員到現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)或記錄，而是通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，對(duì)帶有無(wú)線傳輸模式的現(xiàn)場(chǎng)用傳感器進(jìn)行無(wú)線巡回檢測(cè)。這種檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于危險(xiǎn)場(chǎng)所及高部位的檢測(cè)將十分方便。
作者：王魁漢
