解读冶金行业应用的四大类传感器

文 | 沈韩杨

上下求索，只为真知

　　一、真空传感器

　　真空冶金工业自二十世纪五十年代发展以来得到极为广泛地应用。在真空中对金属及其合金进行真空冶金范围很广，包括真空蒸馏、矿石及其半产品的真空分离，金属化合物真空还原、钢液炉外真空脱气和精炼、金属真空熔铸、真空烧结，真空热处理、真空钎焊及真空固态接合等多种工艺方法。

　　真空环境在冶金过程中具有一系列的特点。首先是真空环境中物质与残余气体分子间的化学作用十分微弱，因此非常适宜对黑色金属、稀有金属，超纯金属及其合金、半导体材料的熔炼和精制。

　　其次，在真空环境中可通过降低单一气体分子的分压强、达到钢液脱气精炼、真空碳脱氧的目的。真空环境的另一个特点还在于它在较低的温度下、具有进行一定反应的能力，例如在同样温度下，有些反应过程在大气中则难以进行，但是在低压下就十分容易。这就是真空化合物分解和有色金属冶炼的基本原理。为了监测冶金行业真空状态，采用高精度真空传感器进时测量与监控，在冶金行业内得到广泛应用。

　　二、温度传感器

　　温度的准确测量及控制在真空冶金与热处理行业中是十分重要的。例如温度控制的准确度直接影响到工件渗碳的质量。如果渗碳温度有±10℃ 波动, 将导致气氛渗碳±0.07%C 的波动。温度波动越小, 碳势波动越小, 所以提高温度测控的精度可以减少气氛碳势的波动从而保证工件的渗碳质量。

　　在冶金真空炉中一般使用热电偶检测温度。而热电偶真空炉测温的特点包括：

　　⑴ 热电偶材料应为热传导性能良好, 表面发射率高和高温真空下放气少的材料;

　　⑵ 热电偶热响应时间快;

　　⑶ 保证在真空系统中压升率满足≤0.4Pa/h要求;

　　⑷ 严格密封,保证在真空下无渗漏,即使保护管断裂,也不会影响系统真空度;

　　⑸ 对感应炉必须解决交变电磁场对测温的干扰:

　　⑹ 法兰连接必须符合GB/T6071- 2003 和GB/T6070- 1995 超高真空、真空下法兰标准。

　　⑺ 热电偶与炉体用管螺纹应选用一般密封管螺纹。

　　三、压力传感器

　　压力传感器是石化行业自动控制中使用最多的测量装置之一，冶金工业也不例外。在大型的化工项目中， 几乎包含了所有压力传感器的应用:差压、绝压、表压、高压、微差压、高温、低温，以及各种材质及特殊加工的远传法兰式压力传感器。几乎石化行业对压力传感器的需求主要集中在可靠性、稳定性和高精度3个方面。其中，可靠性和许多附加需求，如，量程比、总线类型等，依赖变送器的结构设计、机械加工工艺水平和结构材料。压力变送器的稳定性和高精度则主要由压力传感器的稳定性和测量精度保证。

　　与压力变送器的测量精度相对应的是压力传感器的测量精度和响应速度，与压力变送器的稳定性相对应的是压力传感器的温度特性和静压特性以及长期稳定性。石化行业对压力传感器的需求就体现在测量精度、快速响应、温度特性和静压特性、长期稳定性4个方面。

　　四、流量传感器

　　除了真空传感器，压力传感器和温度传感器等，其实在冶金生产过程中还需要用到很多传感器，如更需要流量传感器——加热炉燃烧需要多少空气量、多少煤气量、冷却水的流量和余热锅炉产生蒸汽的流量等都需要用到流量传感器进行测量。

　　气体流量传感器是一种采用合金薄膜和绝热微桥结构的设备，在其微结构中存在加热器和温度传感元件。这种桥式结构的流量传感器可对膜片上方的空气或其他气流的流速变化作出灵敏快速的反应。

　　流量传感器采用了最先进的设计和制作技术，其微桥结构不仅体积小，而且具有非常灵敏、快速的响应。适用于任何需要监测气流的场合。

　　流量一般有两种表示方法，一为瞬时流量，是指单位时问内通过管道某一截面的流体的数量，单位有:米/时、升/时或公斤/时、吨/时等，这主要供了解当时的工况用的。另一为累计流量，指经一段时间如班、天、月，流经管道的总体积，用升、米或重量表示，满足统计的需要。而往往在冶金生产过程中我们需要对这两个参数我们都需要测量，这就需要用到带数显的流量传感器，带数显的流量传感器一般都有2个显示，一个是瞬时流量，一个是累计流量。

　　冶金生产过程中需要进行多种流最测量，这不仅是为了统计的需要，也是控制热工过程所必不可少的。例如，一种电磁流量传感器在冶金行业，便常被用于连续铸钢、连续轧钢、炼钢电炉冷却水温度的流量控制过程中。