一种新型旋转滚筒表面温度测试仪

　　在冶金、造纸、塑料、纺织等行业中,需要连续测量和调节旋转滚筒表面的温度,测量这些旋转物体的表面温度,需要采用非接触式测温仪表。国内外研 制和生产的红外辐射温度计,利用光电检测技术测量被测物体的热辐射能量,从而实现非接触式测温。这类红外温度计包括光学系统、电路部分等,成本较高,价格 较贵。

　　本文介绍一种新型铂电阻滚筒表面温度测试仪,它具有结构独特、测量精度高、响应速度快、价格较低、便于生产等特点。

　　一、结构与工作原理

　　该仪器中的结构原理如图1所示,测试仪表面与被测旋转物体表面保持一定间隙(2~6mm),其工作原理是以直接测量物体表面边界空气层温度为基 础的。装有铂电阻的热接受器与屏蔽罩底面保持在同一水平面上,但热接受器安装时并不在中心位置,而是偏离中心一定距离,这样在热接受器与屏蔽罩之间形成一 个截面积逐渐变化的环形腔。

　　当滚筒以一定的速度旋转时,根据流体连续性方程和伯努利方程,在环形腔出入口处形成运动压力差。被滚筒所加热的、而且温度与滚筒表面温度成正函 数关系的边界空气,在运动压力差的作用下,连续不断地通过环形腔,热接受器绝大部分受热面积被边界热空气所包围,通过热传导、热对流、热辐射共同给热,铂 电阻阻值的变化就间接地反映了滚筒表面的温度。

　　二、测量电路

　　测量电路原理框图如图2所示。

　　仪器采用新型薄膜铂测温电阻TRRA102,它不是由铂线,而是由铂的厚膜、薄膜或箔构成,具有高精度、高灵敏度、快速响应和耐恶劣环境等优点。其电阻—温度关系式为:

　　由上式可知,铂测温电阻特性存在非线性,在进行高精度测量时,必须对非线性误差进行校正。一般情况下,使用正反馈型线性校正电路,如图3所示。

　　电路中采用AD648(或TL063)等低耗电流类运算放大器,也可使用通用的LM358运算放大器,铂电阻采用恒流供电,基准电压从电源用集成电路TL499A的Vref=1.26V得到,Vref的温度系数是100ppm/℃,铂电阻流过的电流为:

　　线性校正电路的正反馈由A3将极性反转,把铂电阻的输出电压eout反回到输入端,被校正的输出eout可表示为:

　　合理地选择K,可使eout与温度t为线性关系。如把eout看成一传递函数,(2)式所表征的可看成一闭环系统,Rt为主通道传递函数,K可看成反馈通道传递函数,K>0为正反馈系统,K<0为负反馈系统。为确定K将(2)式在t0点展开为泰勒级数:

　　令对非线性贡献最大的二次项e″out(t0)=0来作为求K的条件,对(2)式分别求一阶、二阶导数,并由e″out(t0)=0,得K表达式为: