在鋼鐵、玻璃、水泥等流程工業中,生產線溫度動輒500℃以上,卻仍需對料位、鋼坯位置、火焰狀態進行“毫米級”實時監測。工業高溫傳感器因此成了“眼睛”,但現場工程師常發現同一款傳感器,在常溫標定距離條件下,到了更高溫的環境卻“看不見”或“看錯”十幾毫米。檢測距離為何被高溫“偷走”? 首先,空氣聲速隨溫度升高而增大。超聲波傳感器靠“時差×聲速”算距離,熱空氣密度梯度造成聲線彎曲,使回波能量衰減,相當于把有效量程縮短了。
紅外溫度傳感器則受“空氣吸收”與“視場角覆蓋”雙重限制。
激光測距看似“不怕熱”,但高溫物體自帶1–3µm以上的連續輻射,恰好落在雪崩光電二極管的敏感區。以1300℃鋼坯為例,其輻射亮度比20℃背景高5個數量級,即使窄帶濾光片也只能把干擾降低30 dB,結果30 m標稱量程在800℃時退到18 m,且需加裝2%透過率的衰減片才能避免探測器飽和。
電感式與電容式傳感器雖無光學路徑,卻面臨“熱脹失調”。
如何給“縮水”的距離“補回來”?
1.現場動態補償
在傳感器內部植入溫度芯片,實時修正聲速、發射功率或諧振頻率。
2.波長與波段“躲著走”
選用窄線寬激光,配合鎖相放大,可把高溫背景噪聲壓低,使其在高溫環境仍保持精度。
3.結構“隔離熱”
把敏感元件移至隔熱腔,用耐高溫光纖或波導把“光”或“波”引出來。
綜上,高溫對傳感器檢測距離的限制并非單一因素,而是聲速、空氣吸收、熱輻射、材料特性和電參數共同作用的結果。只有把“物理模型+實時補償+結構隔離”做成系統工程,才能讓工業高溫傳感器在烈焰旁依然“看得遠、測得準”。