在冶金生產(chǎn)過(guò)程中需要用到的傳感器

傳感器應(yīng)用除了真空傳感器，壓力傳感器和溫度傳感器等，其實(shí)在冶金生產(chǎn)過(guò)程中還需要用到很多傳感器，如更需要流量傳感器。

文 | 沈韓楊

上下求索，只為真知

一、真空傳感器

真空冶金工業(yè)自二十世紀(jì)五十年代發(fā)展以來(lái)得到極為廣泛地應(yīng)用。在真空中對(duì)金屬及其合金進(jìn)行真空冶金范圍很廣，包括真空蒸餾、礦石及其半產(chǎn)品的真空分離，金屬化合物真空還原、鋼液爐外真空脫氣和精煉、金屬真空熔鑄、真空燒結(jié)，真空熱處理、真空釬焊及真空固態(tài)接合等多種工藝方法。

真空環(huán)境在冶金過(guò)程中具有一系列的特點(diǎn)。首先是真空環(huán)境中物質(zhì)與殘余氣體分子間的化學(xué)作用十分微弱，因此非常適宜對(duì)黑色金屬、稀有金屬，超純金屬及其合金、半導(dǎo)體材料的熔煉和精制。

其次，在真空環(huán)境中可通過(guò)降低單一氣體分子的分壓強(qiáng)、達(dá)到鋼液脫氣精煉、真空碳脫氧的目的。真空環(huán)境的另一個(gè)特點(diǎn)還在于它在較低的溫度下、具有進(jìn)行一定反應(yīng)的能力，例如在同樣溫度下，有些反應(yīng)過(guò)程在大氣中則難以進(jìn)行，但是在低壓下就十分容易。這就是真空化合物分解和有色金屬冶煉的基本原理。為了監(jiān)測(cè)冶金行業(yè)真空狀態(tài)，采用高精度真空傳感器進(jìn)時(shí)測(cè)量與監(jiān)控，在冶金行業(yè)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

二、溫度傳感器

溫度的準(zhǔn)確測(cè)量及控制在真空冶金與熱處理行業(yè)中是十分重要的。例如溫度控制的準(zhǔn)確度直接影響到工件滲碳的質(zhì)量。如果滲碳溫度有±10℃ 波動(dòng)， 將導(dǎo)致氣氛滲碳±0.07%C 的波動(dòng)。溫度波動(dòng)越小， 碳勢(shì)波動(dòng)越小， 所以提高溫度測(cè)控的精度可以減少氣氛碳勢(shì)的波動(dòng)從而保證工件的滲碳質(zhì)量。

在冶金真空爐中一般使用熱電偶檢測(cè)溫度。而熱電偶真空爐測(cè)溫的特點(diǎn)包括：

⑴ 熱電偶材料應(yīng)為熱傳導(dǎo)性能良好， 表面發(fā)射率高和高溫真空下放氣少的材料;

⑵ 熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間快;

⑶ 保證在真空系統(tǒng)中壓升率滿足≤0.4Pa/h要求;

⑷ 嚴(yán)格密封，保證在真空下無(wú)滲漏，即使保護(hù)管斷裂，也不會(huì)影響系統(tǒng)真空度;

⑸ 對(duì)感應(yīng)爐必須解決交變電磁場(chǎng)對(duì)測(cè)溫的干擾：

⑹ 法蘭連接必須符合GB/T6071- 2003 和GB/T6070- 1995 超高真空、真空下法蘭標(biāo)準(zhǔn)。

⑺ 熱電偶與爐體用管螺紋應(yīng)選用一般密封管螺紋。

三、壓力傳感器

壓力傳感器是石化行業(yè)自動(dòng)控制中使用最多的測(cè)量裝置之一，冶金工業(yè)也不例外。在大型的化工項(xiàng)目中， 幾乎包含了所有壓力傳感器的應(yīng)用：差壓、絕壓、表壓、高壓、微差壓、高溫、低溫，以及各種材質(zhì)及特殊加工的遠(yuǎn)傳法蘭式壓力傳感器。幾乎石化行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求主要集中在可靠性、穩(wěn)定性和高精度3個(gè)方面。其中，可靠性和許多附加需求，如，量程比、總線類型等，依賴變送器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)械加工工藝水平和結(jié)構(gòu)材料。壓力變送器的穩(wěn)定性和高精度則主要由壓力傳感器的穩(wěn)定性和測(cè)量精度保證。

與壓力變送器的測(cè)量精度相對(duì)應(yīng)的是壓力傳感器的測(cè)量精度和響應(yīng)速度，與壓力變送器的穩(wěn)定性相對(duì)應(yīng)的是壓力傳感器的溫度特性和靜壓特性以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性。石化行業(yè)對(duì)壓力傳感器的需求就體現(xiàn)在測(cè)量精度、快速響應(yīng)、溫度特性和靜壓特性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性4個(gè)方面。

四、流量傳感器

除了真空傳感器，壓力傳感器和溫度傳感器等，其實(shí)在冶金生產(chǎn)過(guò)程中還需要用到很多傳感器，如更需要流量傳感器——加熱爐燃燒需要多少空氣量、多少煤氣量、冷卻水的流量和余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽的流量等都需要用到流量傳感器進(jìn)行測(cè)量。

氣體流量傳感器是一種采用合金薄膜和絕熱微橋結(jié)構(gòu)的設(shè)備，在其微結(jié)構(gòu)中存在加熱器和溫度傳感元件。這種橋式結(jié)構(gòu)的流量傳感器可對(duì)膜片上方的空氣或其他氣流的流速變化作出靈敏快速的反應(yīng)。

流量傳感器采用了最先進(jìn)的設(shè)計(jì)和制作技術(shù)，其微橋結(jié)構(gòu)不僅體積小，而且具有非常靈敏、快速的響應(yīng)。適用于任何需要監(jiān)測(cè)氣流的場(chǎng)合。

流量一般有兩種表示方法，一為瞬時(shí)流量，是指單位時(shí)問(wèn)內(nèi)通過(guò)管道某一截面的流體的數(shù)量，單位有：米/時(shí)、升/時(shí)或公斤/時(shí)、噸/時(shí)等，這主要供了解當(dāng)時(shí)的工況用的。另一為累計(jì)流量，指經(jīng)一段時(shí)間如班、天、月，流經(jīng)管道的總體積，用升、米或重量表示，滿足統(tǒng)計(jì)的需要。而往往在冶金生產(chǎn)過(guò)程中我們需要對(duì)這兩個(gè)參數(shù)我們都需要測(cè)量，這就需要用到帶數(shù)顯的流量傳感器，帶數(shù)顯的流量傳感器一般都有2個(gè)顯示，一個(gè)是瞬時(shí)流量，一個(gè)是累計(jì)流量。

冶金生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行多種流最測(cè)量，這不僅是為了統(tǒng)計(jì)的需要，也是控制熱工過(guò)程所必不可少的。例如，一種電磁流量傳感器在冶金行業(yè)，便常被用于連續(xù)鑄鋼、連續(xù)軋鋼、煉鋼電爐冷卻水溫度的流量控制過(guò)程中。

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