疏水探針屬于帶保護管型二次復合全鎧裝熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻），由于其動態特性特別好，可用于高溫高壓的壓力容器及管道上進行流體介質的快速溫度測量。雖然它的熱元件（偶絲或熱電阻'>熱電阻元件）對外殼（保護管或鎧體）是絕緣的，但它的響應速度卻達到了*（τ0.5=3.24秒）的程度，因此它的誕生解決了困擾人們多年的難題，在需要快速測溫的系統應用中可得到十分理想的效果。



1背景技術



1.1常規熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）存在的問題



常規帶保護套管的熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）是由保護套管和帶絕緣材料（瓷珠、玻璃管等）的熱元件或鎧裝熱元件、接線盒（偶頭）等部分組成。其測溫的敏感區在其（感溫端），在測溫過程中被測介質的熱量先傳到套管端部，使端部金屬溫度上升，然后再經過套管與熱元件之間的接觸部分或空氣間隙、絕緣體等傳到熱元件（熱接點）。如果是鎧裝熱元件還須先加熱鎧體，然后經絕緣層傳到熱元件（熱接點）在傳熱過程中因以下原因使傳熱過程變慢：



（1）保護管及其端部體積較大，熱容量較大，所以溫升較慢。



（2）如要求熱元件絕緣，則保護管與熱元件不能直接接觸，只能通過空氣隙或絕緣層傳熱使傳熱過程變慢。



（3）如采用鎧裝熱元件，則往往鎧體與保護管之間為點接觸，有時還接觸不良，即使采用彈簧壓緊方法也僅僅使點接觸稍好一點，但并不根本解決問題。



（4）不少熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）熱元件尺寸偏大，尤其是熱電阻'>熱電阻，使本身熱容量大造成溫度變化慢。



（5）由于多層結構原因造成傳熱過程從外層傳到內層zui后到達內部，使傳熱過程變得很慢。



國家標準衡量熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）動態響應速度是其在階躍擾動下，變化量達到zui終值的10、50、90所經歷的時間τ0.1、τ0.5、τ0.9、一般常規帶保護管的裝配式熱電偶'>熱電偶的τ0.5、約為60—120秒。



1.2改善帶保護管的熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）動態特性的常規措施和存在的問題。



（1）多年來人們為改善熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）的動態特性做了不少努力，采取了以下措施，也得了一定效果，但因為要求元件與外殼（地）絕緣，所以始終未能達到理想效果。



①在改善傳熱方面：盡量減小空氣隙或以固體絕緣材料代替空氣隙，如不用偶絲穿瓷管等裝配式結構（WRN系列），采用鎧裝熱元件（WRNK系列），既達到了絕緣目的，又減小了傳熱過程中的空氣隙。圖1是采用裝配式元件與采用鎧裝元件的帶保護管的熱電偶'>熱電偶從冰點向沸點的階躍擾動件的帶保護管的熱電偶'>熱電偶從冰點向沸點的階躍擾動實錄曲線，從圖中可知前者的、τ0.5為90秒，后者為70.8秒。



②采取加彈簧壓緊的方法，使熱元件與套管端部接觸可靠；采用面接觸方式增大傳熱面積的方法。如：套管端部內孔與鎧裝熱元件外徑配合安裝使接觸面呈柱面或將熱元件端部與套管端部加工成圓錐，使接觸面增大，均能取得一定效果。如WRNK—的τ0.5為51秒。



③在減小熱容量方面：采用將保護管端部加工成小直徑圓柱的方式及盡量采用小尺寸元件，如用細的偶絲以及用微型薄膜熱電阻'>熱電阻等。綜合采用上述的措施后，目前國內的高溫高壓帶保護管的熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）的τ0.5可達到30秒以下。



（2）熱接點接地的方式



采用熱接點直接接觸保護管或干脆把熱接點與保護管端部焊到一起的方法，這種方法可以使動態特性達到較理想程度，但卻帶來一個致命的問題，即熱元件必須接地。



由于熱元件接地使一般監控系統造成兩點接地，使系統干擾大幅度增加，模擬指示表漂擺，數顯表亂跳字，尤其是計算機監控系統，元件接地有時使系統根本不能工作，嚴重時會造成I/O（輸入/輸出）模件損壞，所以，這種結構目前極少采用。



1.3疏水探針改善帶保護管熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）動態特性的技術措施



（1）將保護套管端部金屬與熱元件（鎧裝型）鎧體合二而一，減少了從被測介質向熱元件敏感區熱端傳熱過程的環節。



（2）采用全鎧裝結構使保護管金屬向元件熱端傳熱*取消了空氣隙，僅剩一層致密的Mgo固體絕緣層，這樣大幅度地降低了傳熱熱阻。



（3）采用小熱容量元件（細偶絲或微型薄膜熱電阻'>熱電阻元件）使熱慣性降至較低水平。



疏水探針的保護管采用耐熱合金材料（ICr18Ni9Ti）使本身具有耐高溫性能；采用特殊焊接和壓合技術，使整個熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）具有承受高壓（≥40MPa）的能力；采用全鎧裝熱電偶'>熱電偶（熱電阻'>熱電阻）元件，使疏水探針具有*的元件對外絕緣電阻RI值（常溫RI≥2000MΩ，500℃時RI≥300MΩ）。



采取以上技術措施后，疏水探針獲得了動態響應時間τ0.5=3.24秒的快速特性。圖2是疏水探針在水浴與冰瓶中經正向（圖中右）和負向（圖中左）階躍擾動下的飛升特性曲線，從曲線可知τ0.5達到了3.24秒。



2應用范圍及使用方法



（1）用于疏水監控系統，可快速檢測汽輪機本體、主汽管道、抽汽管道、高壓缸排汽管道或旁路系統減溫器后管道在工作狀態下（過熱蒸汽介質）突發性產生蒸汽帶水、疏水和產生兩相流情況的發生。用于汽輪機防進水保護、排汽與抽汽管道快速自動疏水、旁路后管道自動疏水等保護系統，可防止汽機彎軸、管道破裂等事故發生，可代替電接點疏水檢測方式，取消疏水罐。



①安裝方法



可將疏水探針安裝在管道或容器下部積存疏水的位置，取樣開孔在下管壁，插座朝下，疏水探針向上插入，必要時可在同一管道截面的上部加裝一個對比熱電偶'>熱電偶（可用疏水探針或普通用熱電偶'>熱電偶）以進行對比判別。



②監控方式



·對比方式將疏水探針所測管道下部介質溫度與上部介質溫度在比較器模塊進行比較，當二者的差值達到所整定值時進行報警和聯動疏水保護。



·速率判別方式，將疏水探針所測管道下部介質溫度進行速率判別，如其速率超過所整定值時，表明來水，即進行報警和聯動疏水保護。



（2）用于小慣性系統的快速溫度監測和需要快速測溫的調節系統（例如鍋爐I、II級減溫器的噴水點后）



①安裝方法



安裝方法同常規熱電偶'>熱電偶



②使用方法



用于小慣性系統的快速溫度監測須注意模擬量輸入通道的濾波時間常數不宜過大，≤1秒。



用于快速測溫的調節系統須在副環整定時按比常規熱電偶'>熱電偶采用的時間常數更小的時間常數進行整定，可獲得較快的調節速度和較高的穩定性。



3結語



疏水探針由于*改變了常規帶保護管的熱電偶'>熱電偶、熱電阻'>熱電阻的結構，并采取了一系列提高傳熱速度的措施，使其在測溫過程中的動態響應速度比常規帶保護管的熱電偶'>熱電偶、熱電阻'>熱電阻提高了20多倍，是一種測溫傳感器的新品種。