高鐵動車組用溫度傳感器常見故障分析與研究

宋慶詳 莊耀輝 聶振慧 王琳 張青

摘要：高鐵是現(xiàn)代社會的新型運輸方式，也是交通運輸現(xiàn)代化的重要標志。本文說明了溫度傳感器的工作原理，闡述了溫度傳感器在高鐵動車組中為整個溫度監(jiān)測系統(tǒng)的組成部分，說明溫度傳感器在高鐵動車組運輸建設(shè)中的重要性，進而分析了常見溫度傳感器的故障原因，歸納了科學的鐵路運輸管理機制可以幫助提成運輸工作效率，遵守所制定的鐵路運輸規(guī)章制度，確保鐵路工作可以安全完成。

關(guān)鍵詞：溫度傳感器;故障;安全

一、PT100溫度傳感器故障問題

最早發(fā)明的傳感器是溫度傳感器，在生活中應(yīng)用在很多領(lǐng)域。溫度傳感器的用途寬度及廣度大大超過其他種類傳感器。從17世紀開始，人們開始用溫度來測量。溫度傳感器通過隨著溫度的變化改變物體的某些特性來間接測量。很多元器件的特性是隨著溫度的變化而變化的，所以可以作為溫度傳感器的材料相當多。溫度引起的溫度傳感器物理參數(shù)變化包括膨脹、電阻、電容、電動勢、磁性、頻率、光學特性和熱噪聲等。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，新型溫度傳感器將不斷涌現(xiàn)。

目前，越來越多的溫度傳感器應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，這不可避免地會帶來一些問題。溫度傳感器在高鐵動車組使用率的大幅提高，故障發(fā)生率也顯著提升。據(jù)資料顯示， 溫度傳感器早期在高鐵動車組推行運行階段，故障率偏高。較為顯性的易發(fā)生的故障在出廠時仔細測試，就可以避免。有些不易發(fā)現(xiàn)的潛在故障則在高鐵動車組通過運行階段后，潛在故障問題才被發(fā)現(xiàn)。針對各種故障現(xiàn)象進行統(tǒng)計分析，基本有以下五點主要故障問題：

1.溫度傳感器設(shè)備在進行振動條件下會出現(xiàn)溫度跳躍問題，不振動時溫度穩(wěn)定，振動時溫度跳躍。

2.溫度傳感器設(shè)備熱響應(yīng)時間不合理。

3.溫度傳感器運行在某一階段中，傳感器電阻大幅度下降或短路。

4.溫度傳感器請求故障，之后對電阻進行測量，傳感器內(nèi)部線路已經(jīng)開路或短路。

5.溫度傳感器在列車運行時，報警故障較多，但停止后測量傳感器阻值又正常顯示。

二、常見故障現(xiàn)象分析

2.1高溫振動時溫度傳感器出現(xiàn)溫度跳躍問題

溫度波動很大有很多原因，主要是溫度傳感器或者是變送器穩(wěn)定性能不好、輸出信號受干擾以及控溫設(shè)備本身溫度變化所致。在運用熱電偶進行測溫過程時，很大程度會出現(xiàn)這樣一種情況：熱電偶熱電動勢不穩(wěn)定，大致在-500℃到500℃之間波動，真實溫度大概為300℃。或者可能是以下因素：

1.熱電偶檢測時的誤差

2.測量點的選取

3.測量過程中是否受到滋擾

4.熱惰性引入的偏差

5.熱電極的玷污和腐蝕

6.補償不當引入的偏差

7.熱電偶接線盒內(nèi)部受污染

8.響應(yīng)時間的影響

2.2溫度傳感器熱響應(yīng)時間不合理

高鐵動車組的溫度傳感器中的鉑電阻擁有確定的比熱容和體積，與被測介質(zhì)中間達到熱平衡需要一定的時間，溫度變化會比溫度傳感器響應(yīng)時間長。溫度傳感器熱響應(yīng)時間：溫度出現(xiàn)階躍變化時，且階躍數(shù)值一旦小于10度，溫度傳感器電阻變化的時間將會延長，導致不合理化。

通過試驗過程探析，應(yīng)將鉑電阻保護管的輻射系數(shù)降低化、將被測介質(zhì)的循環(huán)度加強，盡量使鉑電阻與被測介質(zhì)間的傳熱量增加;盡可能使鉑電阻保護管的外徑減小、鉑電阻的插入深度增大，使受熱部分延長;對響應(yīng)時間要求度不嚴格的，可采用熱傳導系數(shù)較小的材料做保護管，根據(jù)實際情況進行調(diào)整改變。

2.3溫度傳感器絕緣電阻下降或短路

檢測分析未達標的溫度傳感器設(shè)備，造成傳感器設(shè)備絕緣電阻大幅下降或短路，發(fā)生報警情況主要有以下原因：溫度傳感器內(nèi)部構(gòu)造未適應(yīng)多變的行駛環(huán)境;灌封膠材質(zhì)不佳等。

運行過程中，氣候地帶不同，對運行環(huán)境也有一定要求，受溫度傳感器特性的影響，有一超低頻率區(qū)間段不可測量，得不到應(yīng)有的保護。高鐵動車組在運行時，若密封性能不足，傳感器設(shè)備長期進水會受潮結(jié)露，提前喪失絕緣性能，造成絕緣體表面輕微放電，對于直接依靠空氣作為絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備，在相對濕度較高甚至飽和條件下絕緣能力將大打折扣。

2.4溫度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)已形成短路或者開路的狀態(tài)

根據(jù)溫度傳感器設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，探究到導致傳感器設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成開路或短路狀態(tài)大致有以下原因：溫度傳感器探頭與屏蔽線之間，絕緣性能和耐壓性能不過關(guān)，未解決探頭電線故障問題并完成日常維修工作。

此外，在針對鉑電阻的使用情況時，還應(yīng)確認感溫元件之間和感溫元件與大地之間是否具有較佳的絕緣性，否則會直接改變實驗結(jié)果的正確合理范圍，進而會干擾高鐵動車組的安全運行情況。在通過鉑熱電阻完成測溫時，第一要正確選擇合適的型號，第二要根據(jù)說明情況進行安裝使用，盡量減少污染，降低對外界的不良影響，把誤差降到最低，使溫度傳感器得到更長遠的發(fā)展。

2.5溫度傳感器在列車運行時報警，停車后阻值又為正常值

溫度傳感器在列車運行中報警，之后檢查溫度傳感器，測量其中電阻值大小，結(jié)果阻值未出現(xiàn)異常。通過解決故障設(shè)備問題，發(fā)現(xiàn)了電阻開路和線路虛接不良情況。故障原因為：鉑電阻未進行防護措施，灌封膠固化后體積膨脹等問題;最后在熱脹冷縮的條件下，完成全部的熱疲勞壽命時間試驗來探究焊點的應(yīng)變能力。

三、結(jié)束語

上述的安全問題在研究溫度感應(yīng)器過程中依靠現(xiàn)代技術(shù)可以有效解決，而潛在故障在溫度傳感器應(yīng)用前期很難設(shè)想，經(jīng)過故障拆解總結(jié)的跟蹤調(diào)查，根據(jù)應(yīng)用需要選擇理想的溫度傳感器，利用溫度傳感器配合報警器或者監(jiān)控軟件來實時監(jiān)控溫度情況。溫度傳感器在高鐵列車組能否發(fā)揮它的最大效益，不僅僅是設(shè)備自身質(zhì)量問題，外部環(huán)境的方方面面也起到關(guān)鍵性作用。特別是高鐵動車組人員對設(shè)備的管控工作，定期對設(shè)備進行保護，以及國家有關(guān)部門發(fā)展鐵路運輸管理機制，保障高鐵動車組交通運輸更加安全穩(wěn)定，杜絕故障的再發(fā)生，做到防患于未然，努力減少后續(xù)使用過程中的麻煩，從而保證高鐵動車組的安全運行，確保溫度扎起適度條件下從而保證高鐵動車組安全行駛。

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