高铁动车组用温度传感器常见故障分析与研究

宋庆详 庄耀辉 聂振慧 王琳 张青

摘要：高铁是现代社会的新型运输方式，也是交通运输现代化的重要标志。本文说明了温度传感器的工作原理，阐述了温度传感器在高铁动车组中为整个温度监测系统的组成部分，说明温度传感器在高铁动车组运输建设中的重要性，进而分析了常见温度传感器的故障原因，归纳了科学的铁路运输管理机制可以帮助提成运输工作效率，遵守所制定的铁路运输规章制度，确保铁路工作可以安全完成。

关键词：温度传感器;故障;安全

一、PT100温度传感器故障问题

最早发明的传感器是温度传感器，在生活中应用在很多领域。温度传感器的用途宽度及广度大大超过其他种类传感器。从17世纪开始，人们开始用温度来测量。温度传感器通过随着温度的变化改变物体的某些特性来间接测量。很多元器件的特性是随着温度的变化而变化的，所以可以作为温度传感器的材料相当多。温度引起的温度传感器物理参数变化包括膨胀、电阻、电容、电动势、磁性、频率、光学特性和热噪声等。随着生产的发展，新型温度传感器将不断涌现。

目前，越来越多的温度传感器应用于不同的领域，这不可避免地会带来一些问题。温度传感器在高铁动车组使用率的大幅提高，故障发生率也显著提升。据资料显示， 温度传感器早期在高铁动车组推行运行阶段，故障率偏高。较为显性的易发生的故障在出厂时仔细测试，就可以避免。有些不易发现的潜在故障则在高铁动车组通过运行阶段后，潜在故障问题才被发现。针对各种故障现象进行统计分析，基本有以下五点主要故障问题：

1.温度传感器设备在进行振动条件下会出现温度跳跃问题，不振动时温度稳定，振动时温度跳跃。

2.温度传感器设备热响应时间不合理。

3.温度传感器运行在某一阶段中，传感器电阻大幅度下降或短路。

4.温度传感器请求故障，之后对电阻进行测量，传感器内部线路已经开路或短路。

5.温度传感器在列车运行时，报警故障较多，但停止后测量传感器阻值又正常显示。

二、常见故障现象分析

2.1高温振动时温度传感器出现温度跳跃问题

温度波动很大有很多原因，主要是温度传感器或者是变送器稳定性能不好、输出信号受干扰以及控温设备本身温度变化所致。在运用热电偶进行测温过程时，很大程度会出现这样一种情况：热电偶热电动势不稳定，大致在-500℃到500℃之间波动，真实温度大概为300℃。或者可能是以下因素：

1.热电偶检测时的误差

2.测量点的选取

3.测量过程中是否受到滋扰

4.热惰性引入的偏差

5.热电极的玷污和腐蚀

6.补偿不当引入的偏差

7.热电偶接线盒内部受污染

8.响应时间的影响

2.2温度传感器热响应时间不合理

高铁动车组的温度传感器中的铂电阻拥有确定的比热容和体积，与被测介质中间达到热平衡需要一定的时间，温度变化会比温度传感器响应时间长。温度传感器热响应时间：温度出现阶跃变化时，且阶跃数值一旦小于10度，温度传感器电阻变化的时间将会延长，导致不合理化。

通过试验过程探析，应将铂电阻保护管的辐射系数降低化、将被测介质的循环度加强，尽量使铂电阻与被测介质间的传热量增加;尽可能使铂电阻保护管的外径减小、铂电阻的插入深度增大，使受热部分延长;对响应时间要求度不严格的，可采用热传导系数较小的材料做保护管，根据实际情况进行调整改变。

2.3温度传感器绝缘电阻下降或短路

检测分析未达标的温度传感器设备，造成传感器设备绝缘电阻大幅下降或短路，发生报警情况主要有以下原因：温度传感器内部构造未适应多变的行驶环境;灌封胶材质不佳等。

运行过程中，气候地带不同，对运行环境也有一定要求，受温度传感器特性的影响，有一超低频率区间段不可测量，得不到应有的保护。高铁动车组在运行时，若密封性能不足，传感器设备长期进水会受潮结露，提前丧失绝缘性能，造成绝缘体表面轻微放电，对于直接依靠空气作为绝缘介质的电气设备，在相对湿度较高甚至饱和条件下绝缘能力将大打折扣。

2.4温度传感器内部结构已形成短路或者开路的状态

根据温度传感器设备的内部结构，探究到导致传感器设备内部结构形成开路或短路状态大致有以下原因：温度传感器探头与屏蔽线之间，绝缘性能和耐压性能不过关，未解决探头电线故障问题并完成日常维修工作。

此外，在针对铂电阻的使用情况时，还应确认感温元件之间和感温元件与大地之间是否具有较佳的绝缘性，否则会直接改变实验结果的正确合理范围，进而会干扰高鐵动车组的安全运行情况。在通过铂热电阻完成测温时，第一要正确选择合适的型号，第二要根据说明情况进行安装使用，尽量减少污染，降低对外界的不良影响，把误差降到最低，使温度传感器得到更长远的发展。

2.5温度传感器在列车运行时报警，停车后阻值又为正常值

温度传感器在列车运行中报警，之后检查温度传感器，测量其中电阻值大小，结果阻值未出现异常。通过解决故障设备问题，发现了电阻开路和线路虚接不良情况。故障原因为：铂电阻未进行防护措施，灌封胶固化后体积膨胀等问题;最后在热胀冷缩的条件下，完成全部的热疲劳寿命时间试验来探究焊点的应变能力。

三、结束语

上述的安全问题在研究温度感应器过程中依靠现代技术可以有效解决，而潜在故障在温度传感器应用前期很难设想，经过故障拆解总结的跟踪调查，根据应用需要选择理想的温度传感器，利用温度传感器配合报警器或者监控软件来实时监控温度情况。温度传感器在高铁列车组能否发挥它的最大效益，不仅仅是设备自身质量问题，外部环境的方方面面也起到关键性作用。特别是高铁动车组人员对设备的管控工作，定期对设备进行保护，以及国家有关部门发展铁路运输管理机制，保障高铁动车组交通运输更加安全稳定，杜绝故障的再发生，做到防患于未然，努力减少后续使用过程中的麻烦，从而保证高铁动车组的安全运行，确保温度扎起适度条件下从而保证高铁动车组安全行驶。

参考文献：

[1]尹代冬，谢锴.热电偶测温过程中温度跳跃问题的分析及处理[J].计测技术，2011，06：31-32+55.

[2]刘家恕，李强，傅涛，等.测量温度传感器的时间响应特性[J].物理实验2009，29（8）：7-9.