温度传感器及其在选矿中的应用

中国矿业大学本科毕业设计专题论文姓名：刘磊学号：06102802学院：化工学院专业：过程装备与控制工程2010-1班设计题目：直读温度传感器的制作与监控设计专题：温度传感器及其在选矿中的应用指导教师：窦东阳职称：讲师专题论文温度传感器及其在选矿中的应用引言在人类的日常生活中，温度是一个与我们紧密相连的物理量。但是，我们可以感觉到温度的变化，却无法直接看见他。仅凭自身感觉的话，只能估测到大概的温度。常用的水银温度计虽然可以指示出温度，但是其精度低，反应慢，误差大，而且不能直观显示。直读温度计的出现让人们可以直观的读出物品温度到底是多少。而直读温度计则是利用温度传感器实现对温度的测试与控制。一.温度传感器温度传感器工作原理是，随着被测量物体的某些参数跟随温度产生变化，根据这些变化间接测量温度。一个好的温度传感器应该具备很多的条件，比如温度范围要宽、精度高、响应速度要快、可靠性好、价格低廉等。温度传感器有接触型和非接触型两种类型。接触型温度传感器价格比较低，结构简单，但是响应速度比较慢。非接触型温度传感器响应速度比较快，而且还可以应用在测量高温、有腐蚀性的场合。温度传感器分类温度传感器主要类型有四种，包括：热电偶、热敏电阻、电阻式温度传感器和IC温度传感器。其中IC温度传感器类型包括数字输出和模拟输出两种。温度传感器主要分类有两种：接触式和非接触式。1.接触式温度传感器接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。接触式温度传感器是在传导或者对流达到热平衡时，检测被测物体的状态，并且使它的显示值能够直接地表示出被测物体的温度的状态。一般来说，它的测量精度是比较高的。在一定的温度测量范围内，它甚至能够测量出物体内部温度的分别状况。但是如果被测量的物体是运动的、热容量很小的又或者是比较小目标的话，测量结果都会出现比较大的误差。常见的温度计有玻璃液体温度计、压力式温度计、双金属温度计和电阻式温度计等。它们在工业、农业还有商业上的都有非常广泛的应用，甚至在日常生活中，人们也经常会用到这些温度计。在食品、医药、电子、冶金和国防工程等部门，低温技术得到越来越广泛的应用，超导技术也在被大力研究，测量低于120K温度的低温温度计已经得到了长足的发展变得越来越好，例如：低温热温度计、低温气体温度计、声学温度计还有蒸汽压温度计等。2.非接触式温度传感器温度传感器的敏感元件与被测对象不接触，又被称为非接触式测温仪表。这种仪表可用于测量运动物体、小目标的、热容量小或者温度变化较迅速的对象的表面温度，也可用来测量温度场的温度分布情况。非接触式测量方法主要包括辐射式测温、光谱法测温、激光干涉式测温以及声波、微波测温。（1）辐射式测温辐射式测温方法都是建立在热辐射定律基础上的。当实际物体的辐射强度（包括所有波长或大部分波长）与黑体的辐射强度相等，则黑体的温度称为实际物体的辐射温度；当实际物体（非黑体）在某一波长下的单色辐射亮度同黑体在同一波长下的单色辐射亮度相等时，则该黑体的温度称为实际物体的亮度温度；当黑体与实际物体（非黑体）在某一光谱区域内的两个波长下的单色辐射亮度之比相等，则黑体的温度称为实际物体的颜色温度。基于以上三种表观温度测量方法的高温计分别称为全辐射高温计、亮度式高温计和比色式高温计。不同结构类型的辐射高温计测量范围不同，目前定型的高温计可以覆盖-50℃～3200℃的温度范围。（2）光谱法测温非接触的光谱测温方法主要适用于高温火焰和气流温度的测量。它主要通过检测被测介质的激发光谱信号进行温度测量。当单色光线照射透明物体时,会发生光的散射现象。散射光包括弹性散射和非弹性散射，弹性散射中的瑞利散射和非弹性散射的拉曼散射的光强都与介质的温度有关。相比而言,拉曼散射光谱测温技术的实用性更好，其主要应用之一就是测量高温气体的温度。（3）激光干涉式测温激光散斑照相法、纹影法和干涉法均是基于光的干涉原理，都适用与高温火焰和气流温度的测量。基于干涉原理的各种光学方法测量介质的温度场,均可以等效为首先测量介质的折射率分布。它们的测量原理是将流场中各处折射率的变化(即密度的变化)转变为各种光参量的变化,记录并处理后可以得到其温度和分布。（4）声波、微波测温声学测温是基于声波在介质中的传播速度与介质温度有关这一基本原理实现的，因此只要测得声速，就可以推算出温度。可以直接测量声波在被测介质中的传播速度，也可以测量放在被测介质中的细线的声波传播速度。这种方法可以用于测量高温气体或液体的温度，选用合适的细线材料，也适用于测量腐蚀性介质的温度。声波法测温在高温时有更高的灵敏度。微波衰减法可以用来测量火焰温度，当入射微波通过火焰时,与火焰中的等离子体相互作用,使出射的微波强度减弱,通过测量入射微波的衰减程度可以确定火焰气体的温度。非接触测温的优点：测量上限不受感温元件的耐温程度的限制，因而最高可测温度在原则上是没有限制的。对于1800℃以上的高温，目前主要采用非接触测温方法。随着红外技术的不断发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，从700℃以下直至常温都已采用，而且分辨率很高。根据测量范围的不同对温度传感器进行分类：⑴超高温用传感器测温范围：1500℃以上传感器名称：光学高温计、辐射传感器⑵高温用传感器测温范围：1000～1500℃传感器名称：光学高温计、辐射传感器、热电偶传感器⑶中高温用传感器测温范围：500～1000℃传感器名称：光学高温计、辐射传感器、热电偶传感器⑷中温用传感器测温范围：0～500℃传感器名称：热电偶、感温铁氧体、测温电阻器、热敏电阻、石英晶体振动器、压力式温度计、玻璃制温度计、半导体集成电路传感器、辐射传感器、晶体管、双金属温度计、二极管、可控硅⑸低温用传感器测温范围：-250～0℃传感器名称：晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计⑹极低温用传感器测温范围：-270～-250℃传感器名称：BaSrTiO3陶瓷温度传感器发展状况公元1593年，在意大利伽里略发明出气体温度计。在其后的一百多年，酒精温度计和水银温度计相继出世。由于现代工业技术发展的需要，相继研制出金属丝电阻、温差电动式元件和双金属式温度传感器。1950年以后，相继研制出半导体热敏电阻器。早些年，随着原材料加工技术的飞速发展，又陆续研制出各种类型的温度传感器。研发方向：1．超高温与超低温传感器的研发，如制作出+3000℃以上和–250℃以下的温度传感器。2．进一步提高温度传感器的精度，反应速度，可靠性。3．研制出家用电器行业、汽车行业及农畜业所需要的价廉的温度传感器。4．发展新型产品，扩展和完善管缆热电偶与热敏电阻；发展薄膜热电偶；研究节省镍材和贵金属以及厚膜铂的热电阻；研制系列晶体管测温元件、快速高灵敏CA型热电偶以及各类非接触式温度传感器等。5．发展能适应各种特殊测温要求的温度传感器。6．发展数字化、集成化和自动化的温度传感器。温度传感器应用温度是表示某物体冷热程度的一种物理量，是工农业生产过程中这是一个很普通但却非常重要的测量参数。温度的测量及控制对于保证产品质量、生产安全、提高生产效率、节约能源、促进国民经济的发展等发面起到非常重要的作用。由于温度测量具有普遍性，所以温度传感器的数量在各种传感器中居首位，约占50%。温度传感器的原理是通过物体随温度变化而改变其自身某种特性来实现间接测量的。不少材料和元件的特性都随温度的变化而变化，所以能够作为温度传感器的材料相当多。温度传感器材料中随温度而引起变化的物理参数有：膨胀、电阻、电容、电动势、光学特性、磁性能、频率及热噪声等。工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而用各种不同材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。所以随着工业技术的不断发展，根据需求的不同，各种新型温度传感器还会不断的被研制出来。二.温度传感器在选矿中的应用在矿石的选别中，温度变化对设备操作的性能和总工艺指标有相当重要的影响。在白天和夜晚及夏天与冬天，回收率和品位受温度影响波动很大。由于这种现象，使人们不得不根据预测的最低温度来优化选矿的操作效能，使生产量变得更加可靠，并且使得设备在一年中均处于优化状态。因此检测温度并作出调整是一个相当重要的操作。当进行夜间操作或在冬天值班时，警惕性检测和有效的控制特别重要，这一点在设计阶段就应该考虑到。在选择最适用的解决方法时应根据各种情况的成本利益来决定。如果采用矿浆预热，应注意多数矿物的比热约为水比热的五分之一，这样介质应尽量厚一些，可以节省热量。大量关于温度对矿物加工影响的研究工作正在进行或者已经进行。世界各地正在建设中的那些现代矿物加工工厂，只要其所在地昼夜或季节温度有明显剧烈的变化，就必须考虑解决办法，从而能使选矿生产过程优化。压风机转子温度过高温度过高原因：1、转子机头热传感器损坏，致使电脑显示失常；2、转子喷油压力不够，润滑油量不足；3、环境温度过低（低于0℃），润滑油循环不畅；4、散热片堵塞或积尘过厚，影响散热；5、进气滤芯堵塞，致使进气量不足；6、进气滤芯破损、进气管脱落；7、进气温度过高。（不可高于45℃）；8、旁通阀内恒温阀损坏；9、转子磨损，转子轴承损坏或磨损超限。压风机用于向井下输入新鲜风流。其路径是：通过大巷，到工作面，再由回风到风井到地面，压风机是矿井系统安全运行的重要保障。为保证压风机能在正常温度下工作，对压风机转子机头安装温度传感器，能够检测出实时的温度，过高时能做出警报并及时解决，温度传感器也要定期检测防止测温出错。温度对金矿选矿设备产量的影响在较高的温度下，金矿会有比较强烈的铁质反应，而且还会生成一些复杂的中间体，这些中间体不稳定，在加热条件下很容易就会分解，反应现象显示温度越高水热条件下得到的最终产物中黑色物质会越多，由此可知，最终产物中的黑色物质是水热反应时，前驱体中的不稳定的中间体发生分解反应的结果，两种顺序的滴加方式用于制备金矿选矿设备前驱体时的反应温度都不能太高。我们采用的选矿中频炉的加热功率取决于金的重量以及加热材料。金矿的工艺控制要求是：每炉加热时间为半个小时，重量为120千克，加热到1300℃左右，感应效率取在50%-60%。要改造选金设备中频炉的结构，需要重点比对炉体以及改造材料等因素，其中的石棉板、感应器、耐火材料都必须要认真挑选，拿感应器为例：选金设备的感应器要用异形钢管圈制成，保证冷却水等上进下出。参考文献[1]丁镇生.传感器及传感技术应用.北京:电子工业出版社�.1998.[2]何希才.传感器及应用.北京:机械工业出版社�.2004.[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程.北京:高等教育出版社�.2006.[4]林玉江.模拟电子技术基础.哈尔滨�.哈尔滨工业大学出版社�.1997.[5]贺洪江.电路基础.北京:高等教育出版社�.2005.[6]赵保经.中国集成电路大全.北京:国防工业出版社�.1995.[7]陈关友.LM35的数字温度计制作.电子制作�.2009合订本.[8]欧伟民.自制数字温度计.电子制作�.2001�6��24.[9]戴永成等.基于DS18B20的数字温度测量仪[J].北华航天工业学院学报.2008.[10]黄贤武.传感器原理与应用.桂林:高等教育出版社�.2007.[11]杨素行.模拟电子技术基础.北京�.高等教育出版社�.2008.[12]徐同举.新型传感器基础[M].北京:机械工业出版社�.1987.