詳細(xì)介紹
簡(jiǎn)介
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,溫度是需要測(cè)量和控制的重要參數(shù)之一。在溫度測(cè)量中,熱電偶的應(yīng)用極為廣泛,它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、測(cè)量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號(hào)便于遠(yuǎn)傳等許多優(yōu)點(diǎn)。另外,由于熱電偶是一種有源傳感器,測(cè)量時(shí)不需外加電源,使用十分方便,所以常被用作測(cè)量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度[1] 。
工作原理
當(dāng)有兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B組成一個(gè)回路,其兩端相互連接時(shí),只要兩結(jié)點(diǎn)處的溫度不同,一端溫度為T,稱為工作端或熱端,另一端溫度為T0 ,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,回路中將產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì),該電動(dòng)勢(shì)的方向和大小與導(dǎo)體的材料及兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)",兩種導(dǎo)體組成的回路稱為“熱電偶",這兩種導(dǎo)體稱為“熱電極",產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)則稱為“熱電動(dòng)勢(shì)"[1] 。
熱電動(dòng)勢(shì)由兩部分電動(dòng)勢(shì)組成,一部分是兩種導(dǎo)體的接觸電動(dòng)勢(shì),另一部分是單一導(dǎo)體的溫差電動(dòng)勢(shì)。
熱電偶回路中熱電動(dòng)勢(shì)的大小,只與組成熱電偶的導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān),而與熱電偶的形狀尺寸無(wú)關(guān)。當(dāng)熱電偶兩電極材料固定后,熱電動(dòng)勢(shì)便是兩接點(diǎn)溫度t和t0。的函數(shù)差[1] 。即
公式
這一關(guān)系式在實(shí)際測(cè)溫中得到了廣泛應(yīng)用。因?yàn)槔涠藅0恒定,熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)只隨熱端(測(cè)量端)溫度的變化而變化,即一定的熱電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)著一定的溫度。我們只要用測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)的方法就可達(dá)到測(cè)溫的目的[1] 。
熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,
熱電偶(圖1)
當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò),此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì),這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。 熱電偶
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端,通過(guò)引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí),冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測(cè)量?jī)x表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。
熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法:
從毫伏到溫度:測(cè)量冷端溫度,換算為對(duì)應(yīng)毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度;
從溫度到毫伏:測(cè)量出實(shí)際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度。
測(cè)溫條件
熱電偶高清圖片
是一種感溫元件,是一種一次儀表,熱電偶直接丈量溫度。由2種不同成分材質(zhì)的導(dǎo)體組成的閉合回路,由于材質(zhì)不同,不同的電子密度產(chǎn)生電子擴(kuò)散,穩(wěn)定均衡后就產(chǎn)生 了電勢(shì)。當(dāng)兩端存在梯度溫度時(shí),回路中就會(huì)有電流產(chǎn)生,產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì),溫度差越大,電流就會(huì)越大。測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)之后即可曉得溫度值。熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,可將熱能轉(zhuǎn)換成電能。 熱電偶的技術(shù)優(yōu)勢(shì):熱電偶測(cè)溫范圍寬,性能比擬穩(wěn)定;丈量精度高,熱電偶與被測(cè)對(duì)象直接接觸,不受中間介質(zhì)的影響;熱響應(yīng)時(shí)間快,熱電偶對(duì)溫度變化反響靈活;丈量范圍 大,熱電偶從-40~+ 1600℃ 均可連續(xù)測(cè)溫;熱電偶性能牢靠, 機(jī)械強(qiáng)度好。運(yùn)用壽命長(zhǎng),裝置便當(dāng)。
電偶必需是由兩種性質(zhì)不同但契合一定要求的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)材料構(gòu)成回路。熱電偶丈量端和參考端之間必需有溫差。
將兩種不同資料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因此在回路中構(gòu)成一個(gè)大小的電流,這 種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是應(yīng)用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
主要特點(diǎn)
1、裝配簡(jiǎn)單,
熱電偶(圖2)
更換方便; 2、壓簧式感溫元件,抗震性能好;
3、測(cè)量精度高;
4、測(cè)量范圍大(-200℃~1300℃,特殊情況下-270℃~2800℃);
5、熱響應(yīng)時(shí)間快;
6、機(jī)械強(qiáng)度高,耐壓性能好;
7、耐高溫可達(dá)2800度;
8、使用壽命長(zhǎng)。
結(jié)構(gòu)要求
熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、
熱電偶(圖3)
穩(wěn)定地工作,對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下: 1、組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
2、兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
3、補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
4、保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
工作原理
兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,
熱電偶(圖4)
當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。 熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);
2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái),構(gòu)成一個(gè)閉合回路,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
常見(jiàn)種類
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶中國(guó)從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。
熱電偶分度號(hào) | 熱電極材料 | |
| 正極 | 負(fù)極 |
S | 鉑銠 10 | 純鉑 |
R | 鉑銠 13 | 純鉑 |
B | 鉑銠 30 | 鉑銠 6 |
K | 鎳鉻 | 鎳硅 |
T | 純銅 | 銅鎳 |
J | 鐵 | 銅鎳 |
N | 鎳鉻硅 | 鎳硅 |
E | 鎳鉻 | 銅鎳 |
從理論上講,任何兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)都可以配制成熱電偶,但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件,對(duì)它的要**多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性,以及足夠的測(cè)量精度,并不是所有材料都能組成熱電偶,一般對(duì)熱電偶的電極材料,基本要**:
1、在測(cè)溫范圍內(nèi),熱電性質(zhì)穩(wěn)定,不隨時(shí)間而變化,有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性,不易氧化或腐蝕;
2、電阻溫度系數(shù)小,導(dǎo)電率高,比熱?。?
3、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大,并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數(shù)關(guān)系;
4、材料復(fù)制性好,機(jī)械強(qiáng)度高,制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。
安裝
在生產(chǎn)中由于被測(cè)對(duì)象不同,環(huán)境條件不同,測(cè)量要求不同,和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同,需要考慮的問(wèn)題比較多,但原則上可以從測(cè)溫的準(zhǔn)確性、安全性、維修方便三個(gè)方面來(lái)考慮。
為避免測(cè)溫元件損壞,應(yīng)保證其有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,為保護(hù)感溫元件不受磨損應(yīng)加保護(hù)屏或保護(hù)管等,為確保安全、可靠,測(cè)溫元件的安裝方法應(yīng)視具體情況(如待測(cè)介質(zhì)的溫度、壓力、測(cè)溫元件的長(zhǎng)度及其安裝位置、形式等)而定。下面僅舉幾例以引起注意:
凡安裝承受壓力的測(cè)溫元件,都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶,為防止保護(hù)管在高溫下產(chǎn)生變形,一般應(yīng)垂直安裝,若必須水平安裝則不宜過(guò)長(zhǎng),并用支架保護(hù)熱電偶。若測(cè)溫元件安裝于介質(zhì)流速較大的管道中,則其應(yīng)傾斜安裝。為防止測(cè)溫元件受到過(guò)大的沖蝕,*好安裝在管道的彎曲處。當(dāng)介質(zhì)壓力超過(guò)10MPa時(shí),必須在測(cè)量元件上加保護(hù)外套。熱電偶/熱電阻的安裝部位還應(yīng)考慮其拆裝、維修、校驗(yàn)的足夠空間和場(chǎng)地,具有較長(zhǎng)保護(hù)管的熱電偶、熱電阻應(yīng)能方便地拆裝。
測(cè)量方法
的熱響應(yīng)時(shí)間比較復(fù)雜,不同的試驗(yàn)條件會(huì)有不同的測(cè)量結(jié)果,這是因?yàn)樗軣犭娕寂c周圍介質(zhì)的換熱率影響,換熱率高,則熱響應(yīng)時(shí)間就短。為了使熱電偶產(chǎn)品的熱響應(yīng) 時(shí)間具有可比性,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s,初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi),溫度階躍值為40-50℃。在試驗(yàn) 過(guò)程中,水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度(選其中較小值并在試驗(yàn)報(bào)告中注明)。
由于該裝置比較復(fù)雜,目前只有極少數(shù)單位有這套設(shè)備,故國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定允許生產(chǎn)廠與用戶協(xié)商,可采用其他試驗(yàn)方法,但所給數(shù)據(jù)必須注明試驗(yàn)條件。
由于B型熱電偶在室溫附近熱電勢(shì)很小,熱響應(yīng)時(shí)間不容易測(cè)出,因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的S型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件,然后進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄 熱電偶 的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5,必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間,應(yīng)是同一 試驗(yàn)至少三次測(cè)試結(jié)果的平均值,每次測(cè)量結(jié)果對(duì)于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外,形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被測(cè)試 熱電偶 的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀 表的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被試熱電偶的T0.5的十分之一。
由于該裝置比較復(fù)雜,目前只有極少數(shù)單位有這套設(shè)備,故國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定允許生產(chǎn)廠與用戶協(xié)商,可采用其他試驗(yàn)方法,但所給數(shù)據(jù)必須注明試驗(yàn)條件。
由于B型熱電偶在室溫附近熱電勢(shì)很小,熱響應(yīng)時(shí)間不容易測(cè)出,因此國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的S型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件,然后進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄 熱電偶 的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5,必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間,應(yīng)是同一 試驗(yàn)至少三次測(cè)試結(jié)果的平均值,每次測(cè)量結(jié)果對(duì)于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外,形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被測(cè)試 熱電偶 的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀 表的響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)被試熱電偶的T0.5的十分之一。
主要分類
1、按
熱電偶(圖5)
固定裝置型式分類 熱電偶作為主要測(cè)溫手段,用途十分廣泛,因而對(duì)固定裝置和技術(shù)性能有多種要求,因此熱電偶的固定裝置分為六種:無(wú)固定裝置式、螺紋式、固定法蘭式、活動(dòng)法蘭式、活動(dòng)法蘭角尺形式、錐形保護(hù)管式六種。
2、按裝配及結(jié)構(gòu)方式分類
根據(jù)熱電偶的性能結(jié)構(gòu)方式可分為:可拆卸式熱電偶、隔爆式熱電偶、鎧裝熱電偶和壓彈簧固定式熱電偶等特殊用途的熱電偶。
安裝要求
對(duì)熱電偶與熱電阻的安裝,應(yīng)注意有利于測(cè)溫準(zhǔn)確,
熱電偶(圖6)
安全可考及維修方便,而且不影響設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)操作.要滿足以上要求,在選擇對(duì)熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時(shí)要注意以下幾點(diǎn): 1、為了使熱電偶和熱電阻的測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測(cè)點(diǎn)位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電偶或熱電阻。
2、帶有保護(hù)套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測(cè)量誤差,熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度:
(1)對(duì)于測(cè)量管道中心流體溫度的熱電偶,
熱電偶(圖7)
一般都應(yīng)將其測(cè)量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測(cè)流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應(yīng)選擇100毫米; (2)對(duì)于高溫高壓和高速流體的溫度測(cè)量(如主蒸汽溫度),為了減小保護(hù)套對(duì)流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電偶,淺插式的熱電偶保護(hù)套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于75mm;熱套式熱電偶的標(biāo)準(zhǔn)插入深度為100mm;
(3)假如需要測(cè)量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可;
(4)當(dāng)測(cè)量原件插入深度超過(guò)1m時(shí),應(yīng)盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護(hù)套管。
正確使用
正確使用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值,保證產(chǎn)品合格,
熱電偶(圖8)
而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗,既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。安裝不正確,熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等誤差,它們是熱電偶在使用中的主要誤差。 1、安裝不當(dāng)引入的誤差
如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等,換句話說(shuō),熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門和加熱的地方,插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8~10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入,因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)100℃;熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng),所以不應(yīng)把熱電偶和動(dòng)力電纜線裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測(cè)介質(zhì)很少流動(dòng)的區(qū)域內(nèi),當(dāng)用熱電偶測(cè)量管內(nèi)氣體溫度時(shí),必須使熱電偶逆著流速方向安裝,而且充分與氣體接觸。
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了,保護(hù)管和拉線板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不佳,在高溫下更為嚴(yán)重,這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾,由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上。
3、熱惰性引入的誤差
由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化,
熱電偶(圖9)
在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí),甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后,用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大,熱電偶波動(dòng)的振幅就越小,與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測(cè)溫或控溫時(shí),儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小,但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測(cè)量溫度,應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時(shí)間常數(shù),除增加傳熱系數(shù)以外,*有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導(dǎo)熱性能好的材料,管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測(cè)量中,使用無(wú)保護(hù)套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應(yīng)及時(shí)校正及更換。 4、熱阻誤差
高溫時(shí),如保護(hù)管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導(dǎo),這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此,應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔,以減小誤差。
故障處理
熱電偶輸入產(chǎn)生故障判別法:
按照儀表接線圖進(jìn)行正確接線通電后,儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號(hào),
熱電偶(圖10)
接著顯示儀表量程范圍,再測(cè)儀表下排的數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度,儀表上排數(shù)碼管顯示測(cè)量溫度。若儀表上排數(shù)碼管顯示不是發(fā)熱體的溫度,而顯示“OVER"、“0000"或“000"等狀況,說(shuō)明儀表輸入部位產(chǎn)生故障,應(yīng)作如下試驗(yàn): 1)把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下,再用任何一根導(dǎo)線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時(shí),儀表上排數(shù)碼管顯示值約為室溫時(shí),說(shuō)明熱電偶內(nèi)部連線開(kāi)路,應(yīng)更換同類型熱電偶。若還是以上所說(shuō)的狀況,說(shuō)明儀表在運(yùn)輸過(guò)程中,儀表的輸入端被損壞,要調(diào)換儀表。
2)把上述故障儀表的熱電偶拆去,換用旁邊運(yùn)行正常的同種分度號(hào)儀表上接入的熱電偶,通電后,原故障儀表上排數(shù)碼管顯示發(fā)熱體溫度時(shí),說(shuō)明熱電偶連線開(kāi)路,更換同類型熱電偶。
3)把有故障的熱電偶從儀表上拆下來(lái),用萬(wàn)用表放在測(cè)量歐姆(R)*1檔,
熱電偶(圖11)
用萬(wàn)用表兩表棒去測(cè)熱電偶兩端,若萬(wàn)用表上顯示的電阻值很大,說(shuō)明熱電偶內(nèi)部連接開(kāi)路,更換同類型熱電偶。否則有一定阻值,說(shuō)明儀表輸入端有問(wèn)題,應(yīng)更換儀表。 4)按照儀表接線圖接線正確,若儀表通電后,儀表上排數(shù)碼管顯示有負(fù)值等現(xiàn)象,說(shuō)明接入儀表的熱電偶“+"與“—"接錯(cuò)而造成的。只要重新調(diào)換一下即可。
5)接線正確儀表在運(yùn)行時(shí),儀表上排數(shù)碼管顯示的溫度與實(shí)際測(cè)量的溫度相差40度~70度。甚至相差更大,說(shuō)明儀表的分度號(hào)與熱電偶的分度號(hào)搞錯(cuò)。按熱電偶分度號(hào)B、S、K、E等熱電偶的溫度與毫伏(MV)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看,同樣溫度的情況下,產(chǎn)生的毫伏值(MV)B分度號(hào)*小,S分度號(hào)次小,K分度號(hào)較大,E分度號(hào)*大,按照此原理來(lái)判別。
常見(jiàn)故障分析及處理:
故障現(xiàn)象 | 可能原因 | 處理方法 |
熱電勢(shì)比實(shí)際值小(顯示儀表指示值偏低) | 熱電極短路 | 如潮濕所致,則進(jìn)行干燥;如絕緣子損壞,則更換絕緣子 |
熱電偶的接線柱處積灰,造成短路 | 清掃積灰 | |
補(bǔ)償導(dǎo)線線間短路 | 找出短路點(diǎn),加強(qiáng)絕緣或更換補(bǔ)償導(dǎo)線 | |
熱電偶熱電極變質(zhì) | 在長(zhǎng)度允許的發(fā)問(wèn)下,剪去變質(zhì)段重新焊接,或更換新熱電偶 | |
補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反 | 重新接正確 | |
補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套 | 更換相配套的補(bǔ)償導(dǎo)線 | |
熱電偶安裝位置不錄或插入深度不符合要求 | 重新按規(guī)定安裝 | |
熱電偶冷端溫度補(bǔ)償不符合要求 | 調(diào)整冷端補(bǔ)償器 | |
熱電偶與顯示儀表不配套 | 更換熱電偶或顯示儀表使之相配套 | |
熱電勢(shì)比實(shí)際值大(顯示儀表指示值偏高) | 顯示儀表與熱電偶不配套 | 更換熱電偶使之相配套 |
熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線不配套 | 更換補(bǔ)償導(dǎo)線使之相配套 | |
有直流干擾信號(hào)進(jìn)入 | 排除直流干擾 | |
熱電勢(shì)輸出不穩(wěn)定 | 熱電偶接線柱與熱電極接觸不佳 | 將接線柱螺絲擰緊 |
熱電偶測(cè)量線路絕緣破損,引起斷續(xù)短路或接地 | 找出故障點(diǎn),修復(fù)絕緣 | |
熱電偶安裝不牢或外部震動(dòng) | 緊固熱電偶,消除震動(dòng)或采取減震措施 | |
熱電極將斷未斷 | 修復(fù)或更換熱電偶 | |
外界干擾(交流漏電,電磁場(chǎng)感應(yīng)等) | 查出干擾源,采用屏蔽措施 | |
熱電偶熱電勢(shì)誤差大 | 熱電極變質(zhì) | 更換熱電極 |
熱電偶安裝位置不當(dāng) | 改變安裝位置 | |
保護(hù)管表面積灰 | **積灰 |
溫度補(bǔ)償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),
熱電偶(圖12)
而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi),連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配,極性不能接錯(cuò),補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度差不能超過(guò)100℃。 主要優(yōu)點(diǎn)
1、測(cè)量精度高。因直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
2、測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從零下50度——1600度均可連續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電偶*低可測(cè)到-269度(如金鐵鎳鉻),*高可達(dá)2800度(如鎢、錸)。
3、構(gòu)造簡(jiǎn)單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開(kāi)頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來(lái)非常方便。
選擇方法
熱電偶是兩種不同的導(dǎo)體連接在一起形成的,
熱電偶(圖13)
當(dāng)測(cè)量及參考連接點(diǎn)分別處于不同溫度上時(shí)即產(chǎn)生出所謂的熱電磁力(EMF)。連接點(diǎn)用途測(cè)量連接點(diǎn)是處于被測(cè)溫度上的熱電偶連接點(diǎn)部分。參考連接點(diǎn)則是保持在一已知溫度上,或溫度變化能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒犭娕歼B接點(diǎn)部分。 在常規(guī)工業(yè)應(yīng)用中,熱電偶元件一般端接在接頭上;但參考連接點(diǎn)卻很少位于接頭上,而是利用適當(dāng)?shù)臒犭娕佳由炀€來(lái)轉(zhuǎn)接到溫度比較穩(wěn)定的被控環(huán)境中。連接點(diǎn)類型接殼式熱電偶連接點(diǎn)與探針壁物理連接(焊接),這能實(shí)現(xiàn)很好的熱傳輸——即從外部通過(guò)探針壁將熱量傳至熱電偶連接點(diǎn)。建議用接殼式熱電偶來(lái)測(cè)量靜態(tài)或流動(dòng)腐蝕性氣體與液體的溫度,以及一些高壓應(yīng)用。在絕緣式熱電偶中,熱電偶連接點(diǎn)與探針壁分開(kāi)并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應(yīng)速度比接殼式熱電偶的響應(yīng)速度要慢,但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來(lái)測(cè)量腐蝕性環(huán)境,可理想地通過(guò)護(hù)套屏蔽來(lái)將熱電偶與周圍環(huán)境電絕緣。露端式熱電偶允許連接點(diǎn)頂端深入到周圍環(huán)境中,這種類型可提供*佳的響應(yīng)時(shí)間,但**于在非腐蝕、非危險(xiǎn)及非加壓應(yīng)用中使用。響應(yīng)時(shí)間以時(shí)間常數(shù)來(lái)表示,時(shí)間常數(shù)定義為傳感器在被控環(huán)境中在初始值和*終值之間改變63.2%所需的時(shí)間。露端式熱電偶具有*快的響應(yīng)速度,而且探針護(hù)套直徑越小,則響應(yīng)速度就越快,但其*大允許測(cè)量溫度也就越低。延伸線熱電偶延伸線是一對(duì)具有與其相連熱電偶相同溫度電磁頻率特征的線。當(dāng)連接合適時(shí),延伸線將參考連接點(diǎn)從熱電偶轉(zhuǎn)接至線的另一端,而這一端通常位于被控環(huán)境中。
選擇熱電偶選擇熱電偶時(shí)需考慮下列因素:
1、被測(cè)溫度范圍;
2、所需響應(yīng)時(shí)間;
3、連接點(diǎn)類型;
4、熱電偶或護(hù)套材料的抗化學(xué)腐蝕能力;
5、抗磨損或抗振動(dòng)能力;
6、安裝及限制要求等。