250℃ 高温称重传感器及其应用

(3)LL T 双转子流量计:主要用于汽油、煤
油、柴油、原油、重油等石油制品的工业和商业交易计量。

4　配管
(1)配管要领:
①在安装流量计配管时,请不要使管道发生歪斜,以免影响流量计的精度和使用。

②请将流量计装在泵的出口管线上。

图7　流量计配管图
③请按照流量计的流入方向即箭头指向安装流量计。

④尽可能将过滤器安装在流量计上游最接近的位置,过滤器前流量计后必需安装截止阀,尽量在安装流量计的位置设置旁路管线。

(2)配管示例:
5　结束语
上面介绍的几种流量计除椭圆齿轮流量计外,U F — 流量计和LL T 双转子流量计都是目前世界上新型的容积式流量计,在工业或商业交易计量中具有优越的性能,在工矿企业、油田、油库、码头等场所计量石油及其制品中达到了广泛应用。

(收稿日期:1998-05-26)
250℃高温称重传感器及其应用
张益平
(宜兴申大电子称量有限公司　宜兴　214221)
摘　要　介绍高温传感器的特点及其应用场合,根据其特点和要求,简要介绍了高温传感器所用耐高温材料特殊元器件的选择。

关键词　传感器　温度梯度　自补偿
长期以来我国高温称重测力领域中所用的高温传感器仅仅依靠进口,采用国外的压磁式高温称重传感器,精度低、可靠性差,而采用国外的电阻应变式高温称重传感器,价格比较昂贵,而国内传感器行业对此研究试验极少,成熟的高温传感器并不多见。

宜兴申大电子称量有限公司通过两年多时间的研究和开发,广泛吸收国内外传感器专家的经验,终于成功地开发出了250℃电阻应变式高温称重传感器,1997年5月份通过了国家冶金部门的技术鉴定,其综合性能指标在加温加载下均优于011%F 1S 。

这种高温传感器可广泛应用于冶金、化工、铸造等行业高温作业中的称重测力领域,实现称量自动化。

1　高温传感器的特点
250℃高温称重传感器,实际上属于中温电
阻应变式称重传感器范畴,它与常温的电阻应变式称重传感器应变测量原理相同——一个机械力作用在称重传感器上,使弹性体中心产生微小变形,这个微小的变形引起胶合在弹性测量体上的应变片的电阻改变,通过惠司顿电桥转变成为电信号而进行测量。

不同之处主要是采用自动补偿的耐高温应变计、耐高温粘结剂、耐高温焊锡与耐高温的专用电缆,采用电脑自动采集系统进行温度补偿,采用电脑控制连续法,自动加温加载,并采用特殊的制造工艺处理和特殊的补偿元器件,保证其在恶劣的使用温度环境下,长期高温热辐射、环境温度递变
或瞬变时,保持传感器称量的精度,确保其达到稳定可靠。

因为高温传感器使用温度范围在0～250℃内,有时温度梯度变化剧烈,必须解决传感器零点基准的漂移,以及在这么大的温度范围内满量程输出的一致性。

由于传感器弹性体的弹性模量随温度变化而变化,还必须进行各个温度点的弹性模量补偿,并解决相应温度范围内灵敏度系数的变化。

现结合对高性能高温柱式传感器的实践,对其在制作过程中耐高温元器件的选择予以介绍。

111　电阻应变计的选用
根据电阻应变计温度适用范围的分类, -30℃～+60℃为常温应变计,60℃～350℃为中温应变计,大于350℃为高温应变计,而中温应变计又可细分:60℃～150℃中温应变计, 60℃～250℃中温应变计,60℃～350℃中温应变计。

选用时必须根据其工作温度选定合适的基底材料的中温应变计。

60℃～150℃可选用康铜基底的自补偿电阻应变计,一般的康铜应变计,由于在200℃时康铜开始相变,电阻率发生变化,因此对250℃高温称重传感器就不再适用,而卡玛和伊文丝片均能在250℃下正常工作,所以250℃高温称重传感器必须选用能在250℃下正确测量,且能对温度进行自补偿的卡玛或伊文丝片电阻应变计。

选用时采用进口玻璃纤维增强聚酰亚胺基底卡玛温度自补偿应变计,其工作温度范围:-196℃～+250℃,补偿温度:10℃～200℃,其自补偿特性为11×10-6 ℃,与我们选用的弹性体40C rN i M oA钢材线膨胀系数相匹配,而且热输出小,具有较高的绝缘电阻和应变极限,其灵敏系数随温度变化较小。

112　弹性体的选择
选择合适的弹性体材料,保证其弹性模量在0～250℃范围内其总体性能稳定可靠。

选定优质合金钢40C rN i M oA,其弹性体结构的设计上应保证工作应变片之间空间距离尽可能集中“一点”,这会大大减少温度梯度下引起传感器的零漂。

113　高温应变胶和保护面胶
粘贴高温应变计用的胶要求必须能耐高温,具有高胶合性,必须具备高绝缘性和优良的蠕变特性,选择时还必须使它们的热膨胀系数与弹性体的热膨胀系数在测试时精密匹配,这样防止升温时胶错位、裂开。

选用时胶和弹性体的热膨胀系数之差一般不应超过212×10-6 ℃。

不合适的胶,能给传感器带来一定的蠕变而造成测量误差,因此,必须选用高温应变计制造者推荐的胶才是安全的。

在应变计的背面,弹性体的贴片区涂上保护面胶,可以提高传感器的抗温度梯度的能力。

114　进口高温焊锡、高温引线及高温电缆高温焊锡宜采用进口焊锡,熔点>280℃。

高温传感器所用导线对应变计特性,包括灵敏度、零点温度漂移和其它有较大影响,必须选用具有较小的电阻率和电阻温度系数,在其整个温度范围内导线之间保证足够的绝缘电阻。

采用的高温引线是从日本进口的一种单丝线,康铜材质,外套玻璃套管,工作温度为350℃,可用以高温焊锡连接,也可用点熔焊。

高温电缆价格比较昂贵,尤其为进口高温电缆,因此,用户在选用时,必须根据实际测试温度现场,正确估计其长度。

115　保证高温传感器零基准稳定的机理众所周知,传感器的稳定性主要表现在零点和灵敏度的稳定,常规的称重传感器因季节缓慢变化造成的弹性体总体温度变化,由于变化缓慢,传感器事实上是依靠桥路网络的自补偿功能和常规的零点温度补偿技术解决的,然而在瞬态热冲击下,大多不具有自补偿功能。

因为,高温传感器在使用温度范围0～250℃,其使用温度环境肯定存在着无可避免的剧烈变化,而基底和粘结剂材料的绝缘电阻、剪切强度、材料延伸率等随着温度而变化,敏感栅材料在高温下易于氧化,以及引线与片焊点接触电阻变化等都能增大传感器的零点漂移。

这样,寄希望于传感器的常规的温度补偿无多大意义。

然而,在高温工况测试中传感器零点的稳定是高温传感器正确测量的前提,也是高温传
感器制作的重点技术和关键工艺。

首先必须选用能对温度进行自补偿的电阻应变计。

这种自补偿应变计在制造时,通过材料选择,结构设计和制造工艺,使应变计在高温环境下工作时,几乎没有热输出或热输出很小。

而且,必须对应变计进行严格的稳定化处理和防护措施,采用试验的方法使应变计在组桥时其热输出相互补偿,大大增强了传感器抗温度梯度的能力。

另外,高温应变计引线和导线通过高温焊接或点熔焊连接,不正确的导线处理会给高温传感器带来噪声和测量的不稳定。

导线联接还必须采用三线联接法消除导线电阻因温度变化对应变测量的影响。

通过以上方法,高温传感器的零点输出随温度,特别是温度梯度影响,其漂移量都得到一定的控制,但仍然不能使引起温度漂移的因素完全消除,其零点输出随环境温度变化还会有所变化,因此,还必须逐一对高温传感器进行零点温度补偿。

采用高低温计算机循环检测系统进行数据采集和处理,一次温度循环标定完以后,根据计算机上回程温度特性曲线,并兼顾各个温度点进行零点温度补偿。

送北京鉴定两只高温传感器,其补偿前后特性曲线如图1所示。

图1　高温传感器温度特性
116　灵敏系数温度补偿
弹性元件材料弹性模量E 随着温度而改变,变化的结果使得传感器的输出信号变化,即会产生传感器灵敏系数的温度影响,而且应变计的灵敏系数在常温下是一常数,但在高温环境中,由于敏感栅材料的灵敏系数、粘接剂和基底材料的传递变形能力都会随温度变化,从而引起应变计灵敏系数发生变化。

因此,必须逐个对高温传感器的弹性模量进行补偿。

在实际试验和标定测试中,在标定机上安装高温烘箱保持所测温度点的温度进行加压测定输出。

本试验每隔50℃为一间隔点,共设5个加热点测量其性能。

标定时采用计算机控制连续法自动加载系统,最大限度地模拟了实际工况来测定各项数据进行各个高温点的灵敏系数温度补偿。

2　高温传感器的应用技术
随着钢厂冶炼工艺计算机控制技术的发展,高温传感器的应用将越来越广泛,下面许多场合都必须用到高温传感器:
(1)老钢厂连铸工艺技改过程中,要对钢包、中间包进行钢水液位在线检测,实测传感器安装部位的表面温度达175℃～250℃。

(2)转炉、电炉完成冶炼作业后,需要把钢水注入钢包,。

工艺上要求对钢水净重进行检控。

在这种使用情况下,空钢包烘烤后吊上钢包车,此时传感器就已受热辐射、热传导的威胁;开到出水口后,传感器受到高温钢水的辐射和护墙的二次辐射;有时还有钢水、熔渣的溅射,甚至溢泻。

(3)转炉旁侧设配料料斗秤用的称重传感器,几乎被转炉升腾的高温灰尘、火星所淹埋,传感器受到高温、燃烧的威胁。

(4)其它高温作业场合的称量
在实际应用中,如果传感器四周温度过高,还必须在高温传感器外围进行温度隔离,可在其四周用耐火砖砌一个围墙,中间用干燥的耐火土捣实,以起到隔热作用。

其电缆线的铺设也比较重要,除采用耐高温电缆以外,如温度过高,还必须在电缆线外用套管保护,通过耐火砖孔,通到地面引到控制室。

这样,即使跑渣或火星淹埋,也不致于把传感器引线等烧毁,大大延长整个装置的使用寿命。

(收稿日期:1998-03-23)。