符合AMS 2750D標準的溫度傳感器的研制與應用

　　簡(jiǎn)述美國標準AMS 2750D 中系統準確度測試傳感器、爐溫均勻性測試傳感器、控制溫度傳感器及負載傳感器的性能、用途、分類(lèi)與選擇，以及在線(xiàn)原位校準的優(yōu)點(diǎn)。詳細探討符合美國標準要求的溫度傳感器的研制與應用。結果表明，作者研制的2750D 用溫度傳感器，完全滿(mǎn)足美國標準要求。

　　Nadcap 是專(zhuān)門(mén)對航天工程等相關(guān)行業(yè)特殊產(chǎn)品及工藝進(jìn)行審定與認證的。目前世界領(lǐng)先的航空企業(yè)，如空客、波音等45 家企業(yè)均為Nadcap成員。獲得Nadcap 認證，表明該企業(yè)已達到當今世界上最為嚴格的行業(yè)標準要求。我國已有沈飛、黎明公司等26 家企業(yè)取得Nadcap 認證。中國電子科技集團公司第二研究所、北京七星華創(chuàng )電子股份有限公司、江蘇豐東熱技術(shù)股份有限公司等已開(kāi)始貫徹執行2750D。作者自2008 年起在國內率先為已取得Nadcap 認證單位提供溫度傳感器。實(shí)踐證明作者研制的溫度傳感器，可以滿(mǎn)足2750D 要求，不必進(jìn)口。

美國AMS 2750D 標準簡(jiǎn)介

　　美國AMS 2750D 標準同國際上通用標準比較，應該承認它是當今世界在高溫測量領(lǐng)域，最為嚴格、準確度最高、最為完善的標準，也是高溫測量領(lǐng)域的指導標準。其應用范圍越來(lái)越大，我國也準備制定相應的標準。

溫度傳感器分類(lèi)

　　(1) 依據溫度傳感器的性能分類(lèi)：溫度傳感器的性能，校準，允差及用途見(jiàn)表1。

　　(2) 依據溫度傳感器的結構分類(lèi)：

　�、� 易損型傳感器：所謂易損型傳感器是由陶瓷或塑料編織絕緣的傳感器，與包覆熱電偶相似。但將其譯成消耗式熱電偶[2]是不妥當的，因為消耗型熱電偶是“用于測量金屬熔體溫度的，一般為一次性使用的微型熱電偶”。

　�、� 耐用型傳感器：耐用型傳感器又分為裝配式溫度傳感器與鎧裝熱電偶。

　　裝配式溫度傳感器，通常是指可拆卸的工業(yè)熱電偶，即熱電極組件可從保護管中取出的工業(yè)熱電偶。熱電極組件是由一對或多對熱電極與絕緣物構成的組件。為防止環(huán)境有害影響，熱電偶組件要裝入保護管內�？傊�，裝配式溫度傳感器是指熱電偶組件或帶有保護管、熱電極組件可拆卸的工業(yè)熱電偶。

　　鎧裝熱電偶，將熱電偶絲用無(wú)機物絕緣、金屬管封裝，壓實(shí)成可繞性的堅實(shí)體的鎧裝熱電偶電纜，由鎧裝熱電偶電纜制成的熱電偶稱(chēng)鎧裝熱電偶。

系統準確度測試傳感器的研制

　　(1) 系統準確度測試傳感器的特點(diǎn)與研制

　�、� 準確度更高，可溯源：在2750D 標準中，該種測試傳感器對準確度的要求與Ⅰ、Ⅱ級標準相同，較爐溫均勻性、控制及負載傳感器的準確度要求高。S、R 型為±0.6℃或±0.1%t，N 型為±1.1℃或±0.4%t。

　�、� 研制：在開(kāi)發(fā)與研制過(guò)程中，發(fā)現目前國產(chǎn)鉑銠熱電偶絲難以全面滿(mǎn)足2750D 要求，本公司采用進(jìn)口絲材研制成系統準確度測試傳感器經(jīng)長(cháng)城計量所檢定結果無(wú)補償導線(xiàn)的S 型傳感器在1000℃的平均偏差僅為0.70℃, 完全符合2750D要求。

　　(2) 溫度測量系統在線(xiàn)原位校準

　　當前，對于測溫系統的校準有兩種方式：分立元件檢定與在線(xiàn)原位校準法，依據國家標準，目前只能對構成測溫系統的元件及儀表分別進(jìn)行檢定，即必須將使用中熱電偶從安裝位置上取下來(lái)，送計量部門(mén)檢定，不能對測溫系統進(jìn)行在線(xiàn)原位校準。

　�、� 離線(xiàn)式分立元件檢定法的弊端：檢定合格的產(chǎn)品現場(chǎng)使用有時(shí)卻不合格由于熱電偶絲不均質(zhì)及鎧裝熱電偶的分流誤差，易出現檢定合格，使用不合格的現象;各元件檢定均合格，組合成測溫系統其誤差卻很大由K 型熱電偶(Ⅱ級)、補償導線(xiàn)(普通級)及數顯儀表(0.5 級) 組成的測量系統，當t=1000℃時(shí)的綜合誤差計算結果為9.35℃，該系統誤差無(wú)法滿(mǎn)足II 類(lèi)、甚至Ⅲ類(lèi)熱處理爐溫度測量系統的技術(shù)要求。

　�、� 在線(xiàn)原位校準：最近為江蘇豐東熱處理公司等制作48 支N型傳感器(含補償導線(xiàn))，經(jīng)長(cháng)城計量所檢定，其平均偏差(含補償導線(xiàn))僅為0.70℃，故該系統精度為1.22℃。

　　由此可見(jiàn)，該系統符合2750D 要求，其系統準確度可滿(mǎn)足II 類(lèi)熱處理爐對測量系統的技術(shù)要求。有關(guān)在線(xiàn)原位校準的理念與實(shí)踐，作者早在2750D 前提出并已在國內多家用戶(hù)實(shí)施在線(xiàn)原位校準，目前正在擴大其應用領(lǐng)域。

負載傳感器的研制

　　控制溫度傳感器雖然可以準確測量出爐內溫度，但是，該溫度卻不是工件本身溫度，特別是在升溫或降溫過(guò)程尚未達到熱平衡時(shí)，兩者差距很大。而且，隨工件的材質(zhì)、幾何尺寸的不同而各異。因此，為了準確測量出被加熱工件的溫度，尤其是大型、重要工件，通常是將負載傳感器固定在被加熱工件上，準確提供熱處理工件的實(shí)時(shí)溫度。負載傳感器的準確度要求較低，為±2.2℃或±0.75%t.相當于國產(chǎn)熱電偶絲的Ⅱ級。

　　3 年來(lái)作者開(kāi)發(fā)研制出符合2750D 標準的溫度傳感器200 多支，實(shí)踐結果表明：①作者研制的溫度傳感器符合2750D 要求，不必進(jìn)口。②3~6 類(lèi)爐用控制溫度傳感器及負載傳感器，即使采用國產(chǎn)熱電偶絲制成傳感器也可以滿(mǎn)足2750D要求。③系統準確度測試傳感器等所需熱電偶絲材，國內還難以滿(mǎn)足要求，尚需努力。