压力温度传感器在钢铁行业的应用

1、概述
        目前，中国是世界上最大的钢铁生产国，同时也是世界上最大的钢铁消费国。经济的快速发展和强劲的国内需求，使中国在20世纪90年代中期以来领导世界钢铁市场。在所有工业行业中，钢铁行业消耗的能源占总制造业的比重最大。钢铁生产不但消耗了大量的能源，同时将增加大量的碳排放和废水等污染。钢铁制造商降低能耗、提高效益、减少污染的一个重要方法是不断提升自动化水平。先进的传感技术与测量仪器可以让钢铁制造商在节约成本、提高生产效率和产品质量上取得立竿见影的效果。
        许多传感器与仪器可用于钢铁厂自动化，以提高产效率和产品质量。例如：温度传感器、热工仪表、压力传感器、振动传感器、称重传感器、液位传感器、轧制力感应器、热金属检测器、激光扫描仪、光学安全屏障、、接近传感器、位移传感器，水平检测器，湿度传感器、辐射检测器、电导率检测器、各种气体传感器，记录仪，视觉传感器等等。为了降本增效，新的工厂已大部分使用了前面提到的各种传感器，一些老厂也正在进行进行技术革新和生产工艺改造，增加传感器的使用以提高自动化水平。无论是新安装还是旧改造，传感器在钢铁制造市场的需求量大增将是毋庸置疑的，这也为传感器供应商提供了巨大的机会。
2、什么是传感器？
        传感器是一种能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件装置。广泛应用于国防军事、电力能源、冶金化工、信息产业、气候预测预防等诸多领域。传感器技术是现代信息技术的三大支柱之一，其水平高低是衡量一个国家科技发展水平的重要标志。传感器技术是现代科技的前沿技术，是制造业自动化和信息化的基础。长期以来，国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国际先进水平，传感器成为制约工业自动化和信息化的发展的瓶颈。 
    传感器的基本原理不难，但制造工艺技术严格保密。国内传感器技术落后的根本原因是制造工艺和专用设备的落后，使传感器的稳定性和可靠性问题长期得不到根本解决，限制了国产传感器的使用范围，成为产业化的瓶颈。
3、钢铁企业常用哪些传感器？
        钢铁企业在生产过程中要用到各种不同的传感器和仪器仪表，常用的传感器有以下几种：
        1）温度传感器 在冶炼的每一个环节，温度的控制至关重要。在钢铁冶炼过程中，准确地控制冶炼温度可以明显提高产品质量，炼铁炼钢主要是靠水冷却，水的温度控制，铁水，钢水的温度控制都需要不同的温度传感器。
        2）压力传感器 各种风机、炉膛冷却系统、液压系统必不可少的参数，冷却水系统至关重要的一类参数，废水废气余热回收系统都需要进行压力测量。
        3）称重传感器 从原燃料的入库计量到辅料的加入计量，每一个环节都少不了称重传感器。完成这些称重过程的衡器种类繁多，按衡器结构形式可分为轨道秤、汽车衡、料斗秤、皮带秤、吊钩秤、天车秤等以及各种形式的生产过程中的工艺用秤。例如用于出钢钢水称重计量的车载钢包秤、用于连铸重量控制的钢包转台秤、中间包秤、用于锭铸重量控制的车载钢包秤以及部分轧钢过程中的工艺用秤。
        4）振动传感器  在炼钢的各个工艺环节，都存在着风机、泵机来保证生产的顺利进行，比如转炉中的鼓风机、液压泵，连铸机旁的蒸汽风机等机电设备；在炼铁厂，高炉鼓风机、煤气鼓风机、除尘风机等设备；在热轧生产过程中使用到的热轧机械，包括定宽压力机减速机、切头飞剪减速机、精轧机主传动减速机、横切切边减速机以及加热炉风机；此外，烧结和焦化过程中的鼓风机和除尘风机等设备，通过在机电设备上安装振动传感器，采集电机、风机、机泵的振动数据，得到设备的实时状态，出现异常时及时提醒相关运维人员，避免非计划停机。
        5）气体传感器 在钢铁冶炼中主要是煤气的输送，使得车间内存在有CO、H2、煤气、氯气等毒气泄露的可能性，从而引发人员伤亡事故，这就需要各种气体传感器用来对工作环境中的气体浓度进行检测，确保生产安全。
        6)各种二次仪表
4、温度传感器
        从17世纪初伽利略发明温度计开始，人们开始利用温度进行测量。真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。50年以后，另一位德国人西门子发明了铂电阻温度计。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。作为使用最广泛的一种传感器，它应用的测温原理也相当多。温度传感器的分类见图1。

图1  温度传感器的分类 

        各类传感器的性能各有不同，表1是几种主要传感器的性能比较及用途、特点。

        最常用的三种接触式测温传感器是热电偶、电阻温度计（RTD）和NTC热敏电阻。热电偶的工作温度范围宽，但易受噪声影响，漂移较高，500℃以下测量精度及稳定性较差。NTC热敏电阻灵敏度高，但线性与互换性差。远距离、非接触式测温中用得多的是红外温度传感器，但它受水气、烟雾、尘雾、尘埃等影响较大。在低、中温段，以电阻温度计的线性最好，尤其是铂热电阻，凭借其上佳的线性和无与伦比的长期稳定性，确立了自己作为温度参考传递国际标准的地位。所以，高精度、高稳定性的军用传感器基本都是采用的铂热电阻温度传感器。
        国外对高精度温度传感器的研制主要集中在铂热电阻温度传感器上。如瑞典的IRON公司、德国贺利氏（Heraeus）公司、美国霍尼韦尔公司的高精度温度传感器的代表就是PT100、PT1000。国外对高精度产品的开发投入相当大，美国霍尼韦尔公司的固态传感器发展中心每年用于设备投资就达5000万美元，目前拥有包括计算机辅助设计、单晶生长、加工、图形发生器,对步重复照像、自动涂胶和光刻、等离子刻蚀、溅射、扩散、外延、蒸镀、离子注入、化学气相沉积、扫描电镜、封装和屏蔽动态测试等最先进的成套设备和生产线，而且是大约每三年左右就要更新其中大部分仪器设备，声称只有这样才能保证其技术领先水平。日本认为：市场竞争是以技术实力为基础的,经济竞争归根结底是技术的竞争。谁的技术发展快，新产品投资多，谁就能适应市场的发展,并在竞争中立于不败之地。
        传感器的原理不难，也不保密，而最保密是的传感器的生产工艺。在国外,有不少评价说“传感器”不是一般的工业产品,而是一种完美的工艺品之佳作。只有加强工艺研究,靠工艺上突破才能获得技术上领先。所以传感器的工艺研究与新技术、新产品的开发是生产高精度传感器的基础。
        通过先进的薄膜制备技术制作的薄膜铂热电阻就是新型的高精度温度传感器。它的主要工作原理是利用铂电阻的阻值随温度变化而变化，并呈一定函数关系的特性来进行测温，这种传感器能直接测量-60℃～+600℃范围内的液体、气体介质以及固体表面的温度。如日本产的CRZ铂金薄膜铂热电阻芯片就是一个划时代温度传感器发展的产物。这种薄膜铂热电阻元件采用的是最先进高科技方法，像激光喷镀，显微照相和平版印刷光刻技术，用陶瓷和铂特制而成，而电阻值则以数字修整方式作出微调，因而能提供最精确的电阻值，产品精度达到了A级和B级。该电阻元件在高温下能够保持优良的稳定性，适合在-50℃～4OO℃的温度下使用。铂薄膜通过激光喷溅在陶瓷表层，因而薄膜铂热电阻元件具有良好的防振动和防冲击性能，薄膜表面覆盖以陶瓷，因此元件能够承受高电压并有良好的绝缘性，适合在恶劣环境下进行温度测量。
5、泽天传感的技术优势
        泽天传感于2010年开始压力传感器采用用薄膜制造技术的研究，从事薄膜压力传感器的开发研究，有着成熟的离子束溅射镀膜工艺和刻蚀工艺，掌握了绝缘膜、合金膜、单质金属膜的成膜工艺和性能处理工艺。薄膜传感器采用在基底材料上溅镀各种功能膜，将被测信号转换成标准电信号输出。这种传感器的膜层“生长”在耐腐蚀的基底材料上，基底材料与外结构采用焊接或烧结，形成“一体化”结构，具有良好的抗振动、冲击能力和耐腐蚀性，使用环境温度宽，能在高压环境下进行测试，适应钢铁行业的应用。近年来共向市场提供各种不同类型的压力传感器10万余只，积累了不同环境用传感器及薄膜的制造经验。
        泽天传感目前拥有比较完善的薄膜压力传感器研制生产设备如：自动环缝焊接系统、激光焊接机、激光打标机、压力疲劳机、高温退火炉、压焊机、高温测试箱、高精度数字压力控制仪、高低温冲击试验箱、冲击试验台、高精密数字式压力计、精密电源、超低温试验箱等。泽天传感生产的工业用铂热电偶作为测量温度的传感器，广泛用于石化、冶金、电力、机械、轻纺等行业，能直接测量各生产过程中0～1800℃范围内各种液体、气体等流体介质。