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水管温度传感器怎么安装,以获得最佳响应和精度?

发表时间:2021-07-22 16:08【

  传感器的安装会引入误差、噪声和动态,导致测量和控制回路的性能不佳。在这里,我们专注于最佳实践,以充分利用传感器的固有功能。在另一篇文章中,我计划提供有关传感器信号和控制室通信的指导,以提供最佳的整体安装。


  一、热套管长度


  为了最大限度地减少传导误差(沿传感器护套或热套管从尖端到法兰或接头的热损失误差),浸入长度应至少为裸组件的热套管或传感器护套直径的10倍.因此,对于外径为1英寸(2.54厘米)的热套管,浸入长度应为10英寸(25.4厘米)。


  对于具有¼英寸(6.35毫米)外径传感器护套的裸露组件,浸入长度应至少为2.5英寸(63.5毫米)。这只是一个经验法则。计算机程序可以计算误差并在各种浸入长度和工艺条件下进行疲劳分析。对于高速流动和裸组件安装,疲劳分析很重要,因为振动失效的可能性随着浸入长度的增加而增加。


  二、热套管位置


  由于不完美的混合和壁效应,过程温度会随着过程流体在容器或管道中的位置而变化。对于在管道和挤出机中流动的聚合物和熔体等高粘性流体,靠近壁面的流体温度可能与中心线处流体的温度有显着差异(例如,10到30°C;50到86°F)。通常,特种聚合物管道的直径小于4英寸(101.6毫米),这会导致忘记足够的浸入长度和中心线温度测量的问题。获得代表性中心线测量值的最佳方法是将热套管插入面向流体的弯头(下图中的位置1)。


  如果热套管回流、旋转并与弯头分离,则可能会产生噪声较大且代表性较差的测量结果(图中的位置2)。倾斜插入(图中位置3)可以增加垂直插入(图中位置4)的浸入长度,但显示的插入长度太短,除非尖端超出中心线。型锻或阶梯式热套管可以通过减小尖端附近的直径来减少浸入长度要求。

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  应优化管道中的热电偶套管与换热器、静态混合器或减温器出口之间的距离,以减少运输延迟并尽量减少混合不良或两相流引起的噪音。一般情况下,如果是单相,湍流和混合流的粘度差别不大,25倍的管径就足以保证来自湍流的充分混合。


  减温器有两个阶段,从冷却水到夹套中的蒸汽的分流过渡,由于闪蒸而使用石灰氨作为pH控制剂,以及当它涉及浆液时。传输延迟会随着距离的增加而增加,从而为环路增加更多的死区时间。因此,在获得足够的混合以实现具有代表性的低噪声测量与产生过多的额外死区时间之间存在权衡。一般情况下,传输延迟应小于PID复位时间设置的10%。


  洞察:一般情况下,设备出口与温度传感器之间25管径的距离足以提供单相流体相对均匀的温度分布。不同相(例如液体中的气泡或固体以及蒸汽中的液滴)和高粘度流体的存在将需要更长的距离。


  对于减温器,出口到热电偶套管的距离取决于减温器的性能、过程条件和蒸汽速度。为了感受这种情况,从减温器到第一个弯头的管道长度(称为直管长度(SPL))和从减温器出口到传感器的总管道长度(称为管道总长度)。传感器)有一些简单的经验法则。长度(TSL)。


  热套管长度、位置和结构的选择决定了温度测量值是否代表过程、看到多少过程噪声、引入多少延迟和错误以及潜在故障率。本文提供了一般指导。有关更多详细信息,包括用于预测八个测量误差来源的方程式。


  对于具有¼英寸(6.35毫米)外径传感器护套的裸露组件,浸入长度应至少为2.5英寸(63.5毫米)。这只是一个经验法则。计算机程序可以计算误差并在各种浸入长度和工艺条件下进行疲劳分析。对于高速流动和裸组件安装,疲劳分析很重要,因为振动失效的可能性随着浸入长度的增加而增加。


  实际的SPL和TSL值取决于相对于蒸汽流量所需的水量、水与蒸汽的温差、水温、管径、蒸汽速度、型号、类型等,计算公式为软件程序。SPL(英尺)=入口蒸汽速度(英尺/秒)x 0.1(第二停留时间)SPL(米)=入口蒸汽速度(米/秒)x 0.1(秒停留时间)TSL(英尺)=入口蒸汽速度(英尺)/s)x 0.2(第二停留时间)TSL(m)=入口蒸汽速度(m/s)x 0.2(第二停留时间)入口蒸汽速度典型值,过热器上游范围为25-350英尺/秒(7.6到107米/秒)。


  低于每秒25英尺,没有足够的动力来保持水悬浮在蒸汽流中。水往往会掉出来并沿着管道流到下水道。当这种情况发生时,水不再冷却蒸汽,系统认为它需要添加更多的水,这使问题更加复杂。问题还可能包括管壁腐蚀和管壁的高热应力梯度(即顶部热而底部冷,这会使焊缝破裂或使管道翘曲成蛋形横截面)。当前技术的进入速度限制为每秒350英尺(每秒107米)。高于350 ft/s的速度将导致减温器振动并将设备损坏到破裂点。


  三、热套管结构


  热电偶套管的杆是插入到工艺流程中的部件。茎可以是锥形的、直的或阶梯状的。热套管的性能因阀杆设计而异。通常,锥形或阶梯式阀杆提供更快的响应,产生更少的压降,并且不易受到传导错误和振动故障的影响。如果热套管壁的厚度和传感元件的配合相同,则带有直杆的热套管的时间响应最慢,因为它们尖端处的材料最多(直径最大)。


  带有阶梯式阀杆的热套管具有最快的时间响应,因为它们尖端处的材料最少(直径最小)。小直径也导致最小的阻力。带有阶梯杆的热套管还提供尾流频率(涡旋脱落)和自然频率(由热套管本身的属性决定的振荡率)之间的最大间隔。如果尾流频率是热套管自然频率的80%或更多,则可能会发生共振并可能导致损坏。通常,由于更复杂的制造工艺,带有锥形杆的热套管略贵。


  见解:型锻、阶梯式和锥形热套管可提供更快的响应、更低的压降以及由于与尾流频率共振而导致振动损坏的可能性更小。


  传感器的尖端必须接触热套管的底部。尽管安装实践和方向不同,但弹簧加载传感器设计有助于确保这一点。由于空气充当绝缘体,传感器的配合应尽可能紧密以减少环形间隙。对于草率拟合,传感器滞后可能会增加一个数量级。对于液体系统,额外的滞后实际上成为测量中额外的等效死区时间。


  洞察:温度传感器的尖端必须接触热套管的底部,并且必须紧密贴合,以防止由于空气的低导热性而引入大的传感器滞后。


  使用关于热套管插入长度、位置、结构和配合的通用指南,确保传感器看到实际过程温度,振动故障的概率低,并且噪音、延迟和滞后最小。

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