熱電偶及其正確使用
發布時間：2017-09-01
1熱電偶測溫原理
熱電偶測溫原理基于熱電效應,如圖1所示,將A、B兩種不同材料的導體一端焊接,另一端連為閉合回路,當兩端存在溫差(t,t0)時,回路就產生熱電勢,記為EAB(t,t0),此不同導體的組合稱熱電偶,t端稱工作端(熱端);t0端稱為參考端(冷端)。
2問題的提出和處理途徑
實際測溫中,熱電偶參考端的溫度常隨環境溫度的變化而變化,且它的安裝位置是否得當,使用氣氛是否適應,直接影響測量數據的準確度,錯誤的使用將會為正確控制和穩定生產埋下隱患,為達到精確測量溫度的目的,下面分5個方面對正確使用熱電偶逐一進行論述。
(1)根據實際測溫要求,正確選用合適的熱電偶及其保護套管
熱電偶的正確選用主要考慮的是其使用溫度范圍及使用氣氛,目前我廠用于測溫的熱電偶型號主要為:鉑銠10-鉑熱電偶,鎳鉻-鎳硅熱電偶及銅-康銅熱電偶。根據其特性。
(2)補償導線的正確選用
選用補償導線要特別注意,它的熱電特性只在一定的溫度范圍(0~100℃之間)與熱電偶近似,各種補償導線只能與相應的熱電偶配用,因為不同的補償導線,其熱電特性不同,在同一溫度下補償電勢的大小也不同。如使用鉑銠10-鉑熱電偶,錯用了鎳鉻-鎳硅的補償導線,雖極性連接正確,也將造成過補償,使儀表指示偏高。若極性接錯,則造成欠補償,使儀表指示偏低。因此補償導線選錯,不論極性連接正確與否,都不能反映爐內真實溫度,造成錯誤測量結果,使產品質量低劣,甚至報廢。
(3)參考端溫度處理
為使熱電偶的熱電勢與測量端溫度(t)有單值的函數關系,必須進行參考端溫度(t0)處理,即保持參考端溫度(t0)恒定,并消除t0≠0所產生的誤差,主要應用的方法有計算法、調零法、冰點法、補償導線法和橋路補償法。此處介紹計算法和能夠自動補正的橋路補償法。
a)計算法
計算公式:EAB(t,t0) =EAB(t,t0) +EAB(t0′,t0)
式中EAB(t,t0)為工作端溫度為t,參考端溫度為t0=0時的熱電勢值;EAB(t,t0′)為工作端溫度為t,參考端溫度為t0′≠0時熱電勢值;EAB(t0′,t0)為工作端溫度為t0′參考端溫度t0=0時熱電勢值。
b)橋路補償法
在熱電偶測量電路中,串接一個橋路,當熱電偶隨參考端溫度升高而下降某個毫伏值時,串聯在電路中的橋路輸出毫伏值正好上升某一值,從而保證熱電偶在參考端溫度變化時,其輸出總值不變,補償電路如圖2。橋路中R1、R2、R3是錳銅繞制的電阻,Rj是用銅或鎳線繞制的電阻,后者的溫度系數大于錳銅電阻溫度系數。
當橋路處溫度為0℃時,調整橋路eab=0此時有R1R2=R3Rj
當橋路處溫度不為0℃時(高于0℃),由于溫度變化使四個橋臂電阻發生變化ΔRj>ΔR1、ΔR2、ΔR3此時a點電位高于b點電位,因橋路串聯在熱電偶電中,則:eAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t1)+eab(t1)而eab(t1)=eAB(t1)故eAB(t,t0)=eAB(t)即輸出總值不變。
目前橋路補償器基準溫度為20℃,在使用時,所配毫伏指針應先從0℃調至20℃,否則指示值比實際值產生20℃偏差。
(4)熱電偶的定期檢查與檢定
熱電偶經一段時間使用后,由于熱電極的高溫揮發,晶粒組織變化,氧化腐蝕等原因,常出現老化變質,使其熱電特性改變,造成測溫誤差。為此必須準確推斷劣化程度以便維修更換,同時要做定期檢定,以保證精確測量。
對鉑銠-鉑貴金屬熱電偶表面有輕中度變質時,應先進行清洗退火處理,之后進行檢定,對鎳鉻-鎳硅賤金屬熱電偶可將變質部分剪除,重新焊接,或將參考端與工作端對調,檢定合格后,投入使用。熱電偶檢定應嚴格按照國家計量檢定規程進行。
(5)正確的安裝
a?熱電偶的安裝地點應避免靠近爐門等熱物體和有強磁場的地方; b?接線盒不可與被測介質容器壁或管壁接觸; c?禁止將熱電偶引線與動力電纜裝在同一根導管,接線盒的出線孔應向下,防水氣、灰塵等進入接線盒; d?熱電偶安裝在有壓容器上時,必須嚴格保證其密封性能。
3結束語
通過以上5個方面的工作,對溫度的精確測量提供了可靠的保證,然而正確使用熱電偶進行溫度測量,涉及很多方面,懇請同行對本文的不足之處給予批評指正。
摘自：中國計量測控網
