自加热式差分热电阻水位传感器的研究

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1、自加热式差分热电阻水位传感器的研究孙智超朱陈洛孙炯查美生宁波奥崎自动化仪表设备有限公司清华大学核能技术设计研究院摘要：白加热式差分热电阻水位传感器由一支白加热的热电阻和另一支不加热的热电阻组成，可连续测量水位。理论分析表明，水位与差分热电阻ARt之间的关系为线性关系，实际应用时也可以用二次方关系来描述。水位传感器没有运动部件,热式原理直接敏感水位，测量精度高，工作安全可靠且寿命长。试验结果表明，传感器的测量精度可达土1・5%,该类型水位传感器尤其适用于核场或其他高可靠应用的场合。关键词：水位传感器;自加热式差分热电阻;热电阻;作者简介：孙智超（1989—）,男，工程师，从事仪器仪表和传感器的研

2、究和制造工作。收稿日期：2017-06DevelopmentoftheSelf-heatedWaterLevelSensorwiththeDifferentialThermalResistorSUNZhi-chaoZHUChen-luoSUNJiongZHAMei-shengNingboAoqiAuto-instrumentEquipmentCo.、Ltd;InstituteofNuclearEnergyTechnology,TsinghuaUniversity;Abstract：Thewaterlevelsensoroftheself-heateddifferentialthermalres

3、istormakingupofoneself-heatedthermalresistorandanotherun-heatedthermalresistorcontinuouslymeasuresthewaterlevel.ThetheoreticalanalysisshowsthattherelationshipbetweenthewaterlevelandthedifferentialvalueARtofthesetwothermalresistorsislinear.Thereisnomovingelementinthesensor.Thewaterlevelissensedbyther

4、malprinciple,soithasadvantagesofhighmeasuringaccuracy,safeandreliableworkingandlongwork1ife.Thetestresultsshowthatthemeasuringaccuracyofthesensorcanreach土1.5%.Thistypeofwaterlevelsensorisespeciallysuitablefornuclcarorotherhighreliableapplications.Keyword：waterlevelsensor;self-heateddifferentialtherm

5、alresistor;RTD;Received：2017-060引言工业领域内水位测量的传感器很多，主要有:u型管液位计、浮力式液位计、远传膜盒压力变送器/静压式液位计、压力/差压式液位计、电接点液位计、超声波液位计、导波雷达液位计和吹气装置液位计等。最近几年，国内研发了多种结构的单点式热式水位计，例如加热式热电偶水位计。由于热式水位计直接敏感水位,可靠性高，在化学工业和核电领域，迫切需求能连续测量水位和可靠性高的热式水位计，例如，压水堆核电站中乏燃料池水位的测量，以及核安全级要求的储水箱/罐和反应堆厂房地坑屮水位的监测等。1传感器的基本结构和测量原理本研究采用结构相同的两支铠装掾金属热电阻传

6、感器，其一支用恒流（或恒功率）源直接加热热电阻木身（即自热式），另一支不加热（只用微小电流激励，以测量其电阻），这两只铠装银金属热电阻传感器组成差分信号输岀，即采用数值差分方法，分别测量两只热电阻的电阻值，随后相减得到差值，目的在于：（1）补偿（消除）环境的影响；（2）消除己知的或未知的各种干扰，从而提高测量结果的精度。自加热式差分热电阻水位传感器，其结构简单，铠装管内只有热电阻丝和Mg0绝缘材料，能连续测量水位，测量精度高，热惯性小，测量响应吋间短，又能抗震和耐辐照，能满足高可靠性和长寿命的要求，尤其适用于核场和高可靠性要求的工作环境。1.1传感器的基本结构自加热式差分热电阻水位传感器结构简

7、图如图1所示，由铠装测量管R,和铠装参考管咋组成。铠装测量管R,和铠装参考管陽由金属套管、热电阻纯银丝和绝缘材料虺0组成。工作时，测量管&内热电阻纯银丝采用较大的电流加热，其为水位的敏感元件;参考管Rrt的结构与测量管完全相同，不同的是热电阻纯牒丝不加热(只有微小电流激励)，其敏感环境与水和气介质的特性，加热热电阻R,和不加热热电阻咋组成差分信号输出，即采用数值差分方法，分别测量两支热电阻的电阻值