测量电子温度计的响应时间

使用响应时间短的电子温度计，背后有许多原因：如提高效率、更有效地利用过程的工作范围，以及避免过程介质的热过载。但是，如何测量响应时间？测量响应时间的规范基础又是什么？测量响应时间需要考虑哪些因素？

图中显示的温度计（红色）反应过于迟缓

具有特殊设计的温度计可以确保测量温度不会“滞后于”实际的过程温度。例如，在右图中，蓝线对应的是过程温度，红线表示由电子温度计传输的温度读数。

在“快速”热电阻温度计或热电偶中，优化设计是获得快速响应时间的关键因素。同样重要的一点是，要尽可能减少始终存在的散热。

确定响应时间

这便引出了一系列问题：如何测量电子温度计的响应时间，以及在怎样的规范基础上进行测量？

若干标准和准则构成测量基础：

  • VDI/VDE 3522 表1：接触式温度计的动态特性——原理和特性参数
  • VDI/VDE 3522 表2:接触式温度计的动态特性——时间百分比值的实验测定
  • IEC 60751：工业铂电阻温度计和铂温度传感器（热响应时间的定义——测量参数规范）

另外，在以北美为主的一些地区，构成测量基础及方法的是以下两项：ASTM E644-11“测试工业电阻温度计的标准试验方法”和ASTM E839-11“铠装热电偶及其电缆的标准测量方法”。

水中测量与空气中测量的一般差异：

“响应时间”图的局部

从原理上来说，在空气中测量响应时间与在水中测量响应时间相似。这里都产生了温度的阶跃变化（从T1 到 T2），并且测量了时间延迟。然而，空气中的物理框架条件不同于水——例如空气对金属的传热热阻，或空气的比热容。因此，使用相同的温度计分别测量空气和液体中的响应时间，前者更长。

重要的阈值是温度百分比值50 % (t0.5)、 63 % (t0.63)和90 % (t0.9)。这些值表示测试项目分别调整到水温或空气温度的50%，63%或90%的时间。但是，加热到100%的时间未能确定。由于散热效果的存在，这在现实中永远无法实现。

 

 

 

 

 

均匀层流水槽

  • 水中响应时间的测量
    利用泵使恒温水形成均匀层流。测试项目的感温部分通过可移动装置（温度阶跃变化）迅速从环境温度区（T1）移动到水温区（T2）。


 

 

阶跃响应的图形表示

确定被测对象达到（已知）水温的时间延迟（响应时间）并记录下来（阶跃响应）。



测量介质的参数，水（IEC 60751）：

  • 流速 vmin：0.3 m/s ± 0.1 m/s
  • 温度的阶跃变化范围：10 … 30 K

 

  • 用于测量空气中响应时间的装置

    测量空气中的响应时间
    利用鼓风机将恒温（T1）空气形成均匀（层流）的气流。被测对象安装在气流内的夹具中。最终，电加热格栅突然为气流产生了更高的温度（T2）。

 

测量介质的参数，空气（IEC 60751）：

  • 流速 vmin：3 m/s ± 0.3 m/s
  • 温度的阶跃变化范围：10 … 30 K

注
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