熱電偶的正確使用

發(fā)布時(shí)間： 2009-03-10　　點(diǎn)擊次數(shù)： 2081次

熱電偶的正確使用
& f& h. o$ F2 _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，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。

1 G9 j7 h$ v＊ B2　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良，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

: l4 P; W1 `＊ z% U) O3 C$ H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，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，zui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。

+ ]% c) J; D4 y3 U5 f+ U2 |4　熱阻誤差

+ m- R7 l; T% y: B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。

淺談下熱電偶的幾個(gè)小問(wèn)題

1.熱電偶的測(cè)量原理是什么？
3 t r( [" M0 S'' O'' C熱電偶工作原理是基于賽貝克（seeback）效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。
'' ~& m0 I/ M3 c5 G3 |熱電偶由兩根不同導(dǎo)線（熱電極）組成，它們的一端是互相焊接的，形成熱電偶的測(cè)量端（也稱工作端）。將它插入待測(cè)溫度的介質(zhì)中；而熱電偶的另一端（參比端或自由端）則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測(cè)量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。

2.熱電阻的測(cè)量原理是什么？
) E0 L9 [; j, w4 E9 @+ ^# Q＊ f% v熱電阻是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時(shí)本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來(lái)測(cè)量溫度的，熱電阻的受熱部分（感溫元件）是用細(xì)金屬絲均勻地繞在絕緣材料作成的骨架上或通過(guò)激光濺射工藝在基片形成。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)有溫度梯度時(shí)，則所測(cè)得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層的平均溫度。

3.如何選擇熱電偶和熱電阻？

根據(jù)測(cè)溫范圍選擇：500℃以上一般選擇熱電偶，500℃以下一般選擇熱電阻；
! E4 g5 v) T6 {根據(jù)測(cè)量精度選擇：對(duì)精度要求較高選擇熱電阻，對(duì)精度要求不高選擇熱電偶；
- s/ D4 V9 d$ `; I根據(jù)測(cè)量范圍選擇：熱電偶所測(cè)量的一般指“點(diǎn)”溫，熱電阻所測(cè)量的一般指空間平均溫度；

4.什么是鎧裝熱電偶，有什么優(yōu)點(diǎn)？
$ t" k+ s# j1 r6 u在IEC1515的標(biāo)準(zhǔn)中名稱為《mineral insulated thermocouple cable》,即無(wú)機(jī)礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、絕緣物和護(hù)套通過(guò)整體拉制而形成的，外表面好像是被覆一層“鎧裝”，故稱為鎧裝熱電偶。同一般裝配式熱電偶相比，具有耐壓高、可彎曲性能好、抗氧化性能好及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

5.熱電偶的分度號(hào)有哪幾種?有何特點(diǎn)？

熱電偶的分度號(hào)有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

S分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度1400℃，短期1600℃。在所有熱電偶中，S分度號(hào)的度等級(jí)zui高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；

R分度號(hào)與S分度號(hào)相比除熱電動(dòng)勢(shì)大15%左右，其它性能幾乎*相同；B分度號(hào)在室溫下熱電動(dòng)勢(shì)極小，故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。它的長(zhǎng)期使用溫度為1600℃，短期1800℃?？稍谘趸曰蛑行詺夥罩惺褂茫部稍?/span>真空條件下短期使用。
) ^$ p" y9 `$ `, n5 NN分度號(hào)的特點(diǎn)是1300℃下高溫抗氧化能力強(qiáng)，熱電動(dòng)勢(shì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻照及耐低溫性能也好，可以部分代替S分度號(hào)熱電偶；
8 E# I1 `2 M8 v9 _) p& A, a S. cK分度號(hào)的特點(diǎn)是抗氧化性能強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，長(zhǎng)期使用溫度1000℃，短期1200℃。在所有熱電偶中使用zui廣泛；

. }! R: J6 h+ _6 VE分度號(hào)的特點(diǎn)是在常用熱電偶中，其熱電動(dòng)勢(shì)zui大，即靈敏度zui高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用，使用溫度0-800℃；
3 q1 L: f( v# D- ^J分度號(hào)的特點(diǎn)是既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限950℃），并且耐H2及CO氣體腐蝕，多用于煉油及化工；
/ X( E2 I) U9 d2 N: z9 d% E'' `T分度號(hào)的特點(diǎn)是在所有廉金屬熱電偶中度等級(jí)zui高，通常用來(lái)測(cè)量300℃以下的溫度。
% e. f& i# f" K6.熱電阻的引出線方式有幾種？都有什么影響？

熱電阻的引出線方式有3種：即2線制、3線制、4線制。
" T5 B, L8 ~, o3 O0 K9 V2線制熱電阻配線簡(jiǎn)單，但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級(jí)精度的熱電阻，且在使用時(shí)引線及導(dǎo)線都不宜過(guò)長(zhǎng)。

3線制可以消除引線電阻的影響，測(cè)量精度高于2線制。作為過(guò)程檢測(cè)元件，其應(yīng)用zui廣。
" E! A2 s5 M$ B- M7 e( p6 G/ q4線制不僅可以消除引線電阻的影響，而且在連接導(dǎo)線阻值相同時(shí)，還可以消除該電阻的影響。在高精度測(cè)量時(shí)，要采用4線制。
% e1 L0 U! E6 r6 ^7.N型熱電偶與K型熱電偶相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？

N型熱電偶的優(yōu)點(diǎn)：
3 v$ M8 b- j# B- H# \8 u-高溫抗氧化能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性強(qiáng)。K型熱電偶鎳鉻的正極中Cr、Si元素?fù)駜?yōu)氧化引起合金成分不均勻及熱電動(dòng)勢(shì)漂移等，在N型熱電偶增加Cr、Si含量，使鎳鉻合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變?yōu)橥庋趸?，致使氧化反?yīng)僅在表面進(jìn)行；
# d'' h, w" k1 p+ f7 q'' L; C-低溫短期熱循環(huán)穩(wěn)定性好，且抑制了磁性轉(zhuǎn)變；

-耐核輻射能力強(qiáng)。N型熱電偶取消了K型中的易蛻變?cè)?/font>Mn、Co，使抗中子輻照能力進(jìn)一步加強(qiáng)；
3 o1 Y0 m5 a N＊ {; x'' l-在400~1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型好。

N型熱電偶的缺點(diǎn)：

-N型熱電偶的材料比K型硬，較難加工；

-價(jià)格相對(duì)較貴。N型熱電偶的熱膨脹系數(shù)要比不銹鋼低15%，因此N型鎧裝熱電偶的外套管應(yīng)采用NiCrSi/NiSi合金；

-在-200~400℃范圍內(nèi)非線性誤差較大。
'' u( r; F" ]3 g7 D8.如何選擇合適的熱安裝套管?
- L; U7 L0 N0 Y$ V+ M6 W熱安裝套管的形狀主要依據(jù)介質(zhì)的溫度、壓力、密度和流速及所需插入長(zhǎng)度而定。ASME/ANSI PTC19.3對(duì)此作了充分規(guī)定，采用套管強(qiáng)度分析軟件可計(jì)算出套管設(shè)計(jì)是否符合工藝要求。安裝于現(xiàn)場(chǎng)的熱套管需計(jì)算熱套管的強(qiáng)度，影響護(hù)套管的強(qiáng)度主要有以下三點(diǎn)：

1）.流動(dòng)引起的振動(dòng)；經(jīng)過(guò)護(hù)套管的液體產(chǎn)生一定頻率的旋渦，稱為渦區(qū)頻率，該頻率流速成正比。如果這個(gè)頻率和熱套管的固有頻率接近或一致，就會(huì)產(chǎn)生共振，使吸收大量的熱能，從而產(chǎn)生很高的應(yīng)力并有可能損壞熱套管和套管內(nèi)傳感器。ASME技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求：渦區(qū)頻率和熱套管固有頻率的比率應(yīng)小于0.8。
5 i  x0 c2 m) I& w2）.流動(dòng)引起的應(yīng)力；流體流動(dòng)隨著流速和密度而變化，并在熱套管施加了力，這個(gè)流動(dòng)引起的壓力通過(guò)計(jì)算可以得出。
, h( y4 A% g3 W9 U. K: |" G3）.過(guò)程壓力；熱套管所能承受的zui大靜壓可以計(jì)算得出。"一般熱安裝套管的連接方式有螺紋連接式、法蘭連接式和焊接式三種。
0 J/ m  b- k7 T: @9.如何選擇合適的雙金屬溫度計(jì)?
7 e  d+ s" e7 e3 a3 l8 n5 u$ L水平安裝時(shí)，選擇軸向或萬(wàn)向型雙金屬溫度計(jì)；
垂直安裝時(shí)，選擇徑向或萬(wàn)向型雙金屬溫度計(jì)；
傾斜安裝時(shí)，根據(jù)實(shí)際需要選擇軸向、徑向或萬(wàn)向型雙金屬溫度計(jì)；
如需對(duì)測(cè)量點(diǎn)設(shè)置上下限報(bào)警控制時(shí)，可選擇電接點(diǎn)雙金屬溫度計(jì)
10.雙金屬溫度計(jì)有什么優(yōu)缺點(diǎn)？
雙金屬溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于價(jià)格相對(duì)低廉、讀數(shù)直觀，缺點(diǎn)為測(cè)溫范圍較小、精度相對(duì)不高。通常作為就地測(cè)量、顯示儀表。
11.溫度變送器有何特點(diǎn)？
0 j9 Q5 _4 T9 L% t; r9 E0 x溫度變送器的特點(diǎn)是
$ U0 h) J4 Y2 `0 a4 M2 c- k-靜態(tài)功耗低、安全可靠、不需維修、使用壽命長(zhǎng)。
1 Q3 I  X- X6 \3 I$ u-體積較小，可與熱電偶、熱電阻融為一體，不僅安裝方便，還可節(jié)省溫變器安裝費(fèi)用。
-傳輸信號(hào)為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，不但抗*力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，而且可節(jié)約價(jià)格較貴的補(bǔ)償導(dǎo)線。
-可提供符合HART協(xié)議及FF、PROFBUS總線通訊協(xié)議形式.
  f- M  A9 p$ h12.壓力式溫度計(jì)測(cè)量原理是什么？
依據(jù)液體膨脹定律，即一定質(zhì)量的液體，在體積不變的條件下，液體的壓力與溫度呈線形。氣體、蒸汽的壓力與溫度也是呈一定的函數(shù)關(guān)系，因此壓力式溫度計(jì)的標(biāo)尺應(yīng)均勻等分。壓力式溫度計(jì)是由充有感溫介質(zhì)的溫包、傳壓元件（毛細(xì)管）及壓力敏感元件（彈簧管）組成。
13.紅外線溫度計(jì)測(cè)量原理是什么？
- f＊ H+ U5 c6 g. ~  q紅外線測(cè)溫計(jì)由光學(xué)系統(tǒng)，光電探測(cè)器，信號(hào)放大器及信號(hào)處理.顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量，紅外能量聚焦在光電探測(cè)器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y(cè)目標(biāo)的溫度值。
14.如何選擇合適的補(bǔ)償導(dǎo)線或電纜？
1 w% R2 Q( N& E4 x: \- b: R$ o熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線和電纜主要用于將熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)延長(zhǎng)至二次儀表或控制室。主要有延伸型和補(bǔ)償型兩種補(bǔ)償導(dǎo)線，延伸型采用與熱電極相同的材料，所以精度較高；補(bǔ)償型采用與熱電極的熱電勢(shì)特性相勢(shì)的材料，所以精度沒(méi)有延伸型高。

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