四月 19, 2022

优化响应速度——RealProbe Temperature/Flow

作者:IST工程师 李驰

不锈钢探头

不锈钢封装是一种坚固耐用且常见的温度传感器封装形式。由于不锈钢材质良好的耐腐蚀特性,经过封装的温度传感器可用于化学,物理学,生物学及环境科学中腐蚀性液体、有机溶液与盐溶液的温度测量。

然而任何对温度传感器的封装都会一定程度会损害元件的测量性能。例如使用特定材料对不锈钢探头内部进行填充,外界温度通过热传导的方式穿过不锈钢外层与导热介质,最终到达传感器的核心元件,这种封装方式在实现热传导的同时也无疑增加了探头的热质量,从而带来测量响应速度的损失。一般市面常见的不锈钢温度探头,其达到t90的响应速度均在7s以上。

为了提高测量的准确度和响应时间,IST AG 提供了带有金属化背面的标准 RTD 传感器,允许将传感器焊接到金属表面上,从而增加热耦合。我们不仅提供用于焊接的金属化背面传感器,而且还提供诸如将传感器焊接到管、盖、金属盘和各种金属上的结构。其中基于这种工艺开发的RealProbe Temp产品就是很好的例证。

RealProbeTemp (RPT)

RealProbeTemp 是一种预组装的不锈钢探头,其设计的目的在于帮助客户简化探头封装的过程。它可以作为独立的探头产品,或被集成在更大的测量机构当中使用,以最大限度地降低制造成本并提高成品组件的性能。

RPT的内管结构如下图所示,一颗金属化背面的铂电阻温度元件被直接焊接在了不锈钢管的底部,温度通过热质量极低的金属介质层就可以传导至测量核心当中,因此具有出色的响应时间。由于感应区域集中于底面,RealProbeTemp的结构允许很小的测量浸入深度(例如对于液体的浸入深度为10毫米或更浅)。因此,对于空间或管道直径有限的应用,特别是小空间内大温度梯度的测量,这样的传感器封装形式无疑是实现精确且快速测量的一种极优解决方案。

为了直观展示其测量能力,我们设计了一个小实验。RealProbe Temp探头连接一块4线制温度传感器变送板,通过单片机实数据采集,并以1Hz的速率将结果刷新在小屏幕上。当前的环境温度为25℃,手持RPT的引线部分,将探头贴在一只冰球的表面。通过现实屏上的数字变化可以观察到,温度在一秒之内跳变到2.66℃的水平。这样的响应速率在不锈钢温度探头中是顶尖的。

Figure 3 RPT冰面测量实验

 

具备快速响应能力的温度探头并不仅仅可以应用于温度测量应用,经过适当的阻值搭配,一对分别具有高低阻值的不锈钢探针构成了RealProbe Flow流量传感器。

使用传感器长期稳定地测量液体通道中的流量是一项艰巨的任务。IST AG RealProbe Flow流量传感器采用可靠且经过验证的热质量流量测量原理,专为在中大管径中腐蚀性液体介质的流量测量应用而开发。就像热式风速计传感器一样,RPF的两只探针分别具备加热和测温的能力,电路将加热探针的温度维持在高于环境温度的固定水平,通过测量注入功率,来换算液体流速。这种测量方式的实现得益于采用了Realprob特有的封装设计,探针的工作区域具有极小的热质量,因此在其上产生的热量耗散过程对液体流动速率变得非常敏感。

 

对于测量精度要求不高或仅用作开关判断的流量测量场景,仅使用单只加热探针就可以实现目标。同时我们提供用于快速验证产品的Demo板,方便客户以最短的时间评估方案的可行性。评估板基于CTA(恒温风速计)原理设计,在板上提供了多档可调的温差选项,方便用户在短时间内确定最适合应用的传感器电路设计参数。

 

欢迎访问IST-AG.com,并与我们的工程师取得联系,共同讨论您的应用和传感器选型。