化工、冶金等行业高温设备表面温度测量和火灾探测系统采用长线型热检测器是常用方法，昌晖仪表对比连续热电偶测温电缆、电阻型测温电缆和低温熔点盐测温电缆在表面温度测量和火灾探测应用中的优缺点，为大家构建表面温度监测系统提供建议。

在化工、冶金等生产中，对一些在高温下工作的设备常常需要监视其壳体表面温度，以保证安全生产。例如，在加热炉和重油气化炉内砌有耐火保温砖作为衬里，当衬里损坏时，炉壳表面的局部温度可能会升高，形成一个“热点”或“ 热区”。反应器金属壳体温度过高会使其机械强度下降，有可能导致设备损坏并造成人员的伤亡。

可以在反应器壳体表面涂变色漆，当壳体局部温度过高时，相应部分上的漆色发生变化，定期巡 回检查的操作人员可观察到此现象。也可采用手持式红外温度计不定期地对反应器表面温度进行检查。但是，对一些重要的设备，人们常常希望 能连续监视其表面温度。
可以采用安装许多个独立的温度传感器来测量整个表面的温度，但这样做需要一个庞大且极其复杂的监视装置，维护工 作量大且可靠性较差。

设备表面温度监测和火灾探测报警比较好的方法是采用长线型热检测器，典型的有：电阻型表面温度检测系统，连续热电偶型表面温度检测系统和低熔点盐表面温度检测系统。

典型系统简介
1、电阻型表面温度检测系统
一根金属导体同心地放入一根直径3mm的金属管内，两者之间用一种特殊的绝缘质充填。充填物质的电阻具有负的温度系数NTC，即温度升高时其电阻值下降。测量两导体间充填绝缘物质的电阻变化来检测温度。

传感器嵌入直径6mm的不锈钢保护管内。为保证具有良好的热传导，在保护管内充有氦气。传感器的电阻值是温度的对数函数。在典型热点温度(300-450℃)下，每升高100℃传感器电阻大约下降到原来的1/15。

采用的绝缘材料分为塑料和陶瓷两大类，较常用的是陶瓷。陶瓷材料形成千万个磁珠，他们将两根导体分开使之不相互接触。传感器可看做许多个电阻并联，整个回路的电阻值取决于最小的电阻(即温度最高的热点)值。当整个回路电阻低于设定数值时，相关仪表电路发出报警。

电阻型传感器需要外部供电，它可直接与二线制就地式变送器连接并送出4-20mA信号，从而实现远距离传送。他也可以在危险区域内使用。

电阻型表面温度检测系统非常可靠，它可以检测回路上大段温度的大变化。但它不能确定热点的温度，也不能指出其位置所在。它的主要缺点是当反应器壳体的工作温度高于200℃时其灵敏度较低。另外，由于埋在陶瓷垫珠间的两根导体的间距误差，从一个热点位置到另一个热点位置可能会有±14℃的误差。一般，报警温度与操作温度之间必须有100℃的温差。

电阻型表面温度检测系统的布局根据操作温度，热点温度和预计热点的尺寸大小而定。传感可以用不同的方法安装在壳体表面上。

对于关键部分，最好采用冗余布置的方式，这样即使一个回路由于机械损坏等意外情况出现故障时，也能保证安全。

两个回路间的距离由假象热电的温度和尺寸所定。通常采用的折中方案是两个回路的间距为100-200mm。

由于具有NTC特性的绝缘材料温度/电阻特性曲线的不一致性，不同批量产品的特性曲线并不完全相同。因此，采用电阻测量技术的传感器，及时是同一制造厂的产品也是不能互换的。更换传感器后需在现场重新进行校验。

2、连续热电偶表面温度检测系统
连续热电偶的结构与普通矿物绝缘电缆很相似，但内部两根导体是一对不同材料的热电偶导体，导体间用具有负温度系数NTC的特殊绝缘材料分隔开，连续热电偶结构示意图见图1。

图1 连续热电偶结构示意图

与常规热电偶不同，两根热电偶丝不需要焊接在一起，甚至不需要相互接触，而是通过隔离它们的特殊绝缘材料形成热电偶。在沿连续热电偶电缆长度上，若某点的温度超过电缆其余部分各点上的温度时，在此点热电偶两导体间具有NTC特性的绝缘材料的电阻将减少。从而形成一个“临时热点”T1。若在另一时刻，电缆上又出现一个温度更高的点T2，则T2点处的电阻小于T1点处的电阻，在T2点处形成新的“临时热点”。“临时热点”总是对应着电缆上温度最高的点。临时形成的热电偶连续具有与常规单点热电偶连接相同的功能。

图2 连续热电偶工作原理

连续热电偶表面温度检测系统与电阻型表面温度检测系统不同。电阻型表面温度检测系统是通过测量两导体间的电阻值来推断温度的，由于两导体端间的电阻值取决于整个敏感电缆上的平均温度。因此它不能测得热电的实际温度，连续热电偶表面温度检测系统则不然，它测量的是热电偶产生的电压(热电势)而不是绝缘材料的电阻值。NTC特性的绝缘材料电阻值随温度升高而急剧下降，仅仅是使两导体间的电气连接情况发生变化，在受热点形成热电偶的“临时热点”。由于并不测量电阻的实际数值，因此器大小并无特殊意义，在连续热电偶上，电阻值最低的点被认为是温度最高的点，在此点产生的热电势最大。

连续热电偶可以看做是许多支热电偶并联。普通热电偶的端电阻非常小，故多个热电偶并联时其输出电压对应各热电的平均温度，而连续热电偶的端电阻大，且在温度最高点处的端电阻远远小于其余部分的端电阻，因此其输出电压总是近似对应于电缆感受到的最高温度计。采用高输入阻抗的检测仪表与连续热电偶相连对于连续热电偶而言几乎相当于无负载故绝缘电阻的变化对仪表的知识稳定性没有什么影响。

连续热电偶不需要外部供电，它是本质安全型的，可在危险区域内使用，连续热电偶的温度-热电势特性曲线近似于K型热电偶，它基本上是线性的，可与高输入阻抗的而模拟仪表、数显仪表、记录仪、数据采集装置兼容。连续热电偶的温度-热电势特性曲线如图3所示。

图3 连续热电偶温度-热电势特性曲线

连续热电偶检测系统的优点，是能连续指示沿电缆长度上的最高温度，采用特殊的方法可确定“热电”所在位置，它易于调校，可以互换，可以设定超温报警限和温升速率报警限，是一种较理想的表面温度检测系统。在高于230℃以上的场合下工作，其寿命稍缩短且响应变慢。

3、低熔点盐表面温度检测系统
在低熔点盐表面温度检测系统中，两根导体之间用一种具有明确熔点的低熔点盐充填，测温电缆相当于一组并联的开关。在低于熔点的温度下，相当于开关断开；当沿电缆长度上的其他点温度超过低熔点盐的熔点时，盐被熔化相当于开关接通，发出报警。低熔点盐的熔点对应于报警温度，它是不可调整的。

低熔点盐表面温度检测系统较为简单且价格相对较低，但在报警前无任何指示信息，因此也就不可能采取措施设法避免报警发生，在作用后一般必须更换测温电缆，因此他不能进行模拟报警试验。

在使用低熔点盐表面温度检测系统时，最好同时使用两种不同熔点的测温电缆，熔点较低的用于预报警，熔点较高的用于报警。

对重要的高温设备表面温度测量采用长线型连续热电偶测温性价比和可靠性较高，更容易与保护系统配合使用，在实际损失发生前发出警告或自动停车，从而避免灾难性事故的发生。
作者：强天驰

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