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      窯爐雜志

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      熱電偶

      發布日期:2014-03-05    來源:中國窯爐網   瀏覽次數:516

           1 簡介
        
          熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,是一種根據熱電效應測量溫度的傳感器。
       
          2 基本介紹
       
          熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路,當兩端存在溫度梯度時,回路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect)。兩種不同成份的均質導體為熱電極,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恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的,不同的熱電偶具有不同的分度表。
       
          在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電動勢后,即可知道被測介質的溫度。熱電偶測量溫度時要求其冷端(測量端為熱端,通過引線與測量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時,冷端的(環境)溫度變化,將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。與測量儀表連接用專用補償導線。
       
        熱電偶冷端補償計算方法:
       
        從毫伏到溫度:測量冷端溫度,換算為對應毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度;
       
        從溫度到毫伏:測量出實際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度。
        
          3 測溫條件
       
          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種不同成分材質的導體組成的閉合回路,由于材質不同,不同的電子密度產生電子擴散,穩定均衡后就產生 了電勢。當兩端存在梯度溫度時,回路中就會有電流產生,產生熱電動勢,溫度差越大,電流就會越大。測得熱電動勢之后即可曉得溫度值。熱電偶實踐上是一種能量轉換器,將 熱能轉換成電能。
       
        熱電偶的技術優勢:熱電偶測溫范圍寬,性能比擬穩定;丈量精度高,熱電偶與被測對象直接接觸,不受中間介質的影響;熱響應時間快,熱電偶對溫度變化反響靈活;丈量范圍 大,熱電偶從-40~+ 1600℃ 均可連續測溫;熱電偶性能牢靠, 機械強度好。運用壽命長,裝置便當。
       
        電偶必需是由兩種性質不同但契合一定請求的導體(或半導體)資料構成回路。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體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因此在回路中構成一個大小的電流,這 種現象稱為熱電效應。熱電偶就是應用這一效應來工作的。
       
          4 主要特點
       
         (1)裝配簡單,更換方便;
       
         (2)壓簧式感溫元件,抗震性能好;
       
        (3)測量精度高;
       
        (4)測量范圍大(-200℃~1300℃,特殊情況下-270℃~2800℃);
       
        (5)熱響應時間快;
       
        (6)機械強度高,耐壓性能好;
       
        (7)耐高溫可達2800度;
       
        (8)使用壽命長。
       
          5 工作原理
        
          熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:
       
        (1)組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
       
        (2)兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
       
        (3)補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
       
        (4)保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。
       
          6 主要分類 
       
        (1)按固定裝置型式分類
       
        熱電偶作為主要測溫手段,用途十分廣泛,因而對固定裝置和技術性能有多種要求,因此熱電偶的固定裝置分為六種:無固定裝置式、螺紋式、固定法蘭式、活動法蘭式、活動法蘭角尺形式、錐形保護管式六種。
       
        (2)按裝配及結構方式分類
       
         根據熱電偶的性能結構方式可分為: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。
       
          7 焊接方法
         
          熱電偶測量端焊接前,應首先將被焊熱電極的頂端絞成麻花狀或將兩頂端并齊。(1)、氣焊法:先將熱電極頂端絞成麻花狀,然后稍加熱并蘸上焊劑,再用乙炔火焰使測量端熔成球狀, 再迅速將測量端離開火焰后放入熱水中。這種方法操作簡單,故應用較廣。 (2)、電弧焊法:電弧焊是利用高溫電弧將熱電偶 測量端熔化成球狀。常用的有交流電弧焊和直流電弧焊兩種 。交流電弧焊一般用來焊接賤金屬熱電偶。焊接前也要在熱電極頂端先蘸上焊劑, 焊好后要 去除焊點上的焊劑。直流電弧焊一般用來焊接貴金屬熱電偶。(3)、對焊:將熱電極頂端對齊,稍加一些壓力,然后接通電源,使接觸面熔化在一起。這種焊接方法比 較方便(4)、直流氬弧焊:直流氬弧焊是近幾年發展起來的較理想的焊接熱電偶的方法。通常直流氬弧焊熱電偶焊接機 是用氬氣作保護,以高頻引弧,直流焊接,并能進行對焊。它是由供電電源、直流 焊接電源 1、焊槍2、高頻振蕩器3、對焊電源及夾具4等幾部分所組成,這種焊接裝置的特點是使用方便,焊接速度快,不沾污,沒有任何氣孔,焊接端點光亮美觀 ,并且可一機多用。它能焊接各種金屬材料及不同規格的各種熱電偶,熱電偶在選 擇品牌上要熱電偶選杰克。(5)、鹽浴焊接法:焊接裝置由調壓器(3-5kW)、石墨坩堝和焊接夾子等組成。坩堝作為電源-電極,被焊熱 電極作為另一電極。焊接前,先洗凈熱電極被焊處表面的氧化物,并絞成麻花狀, 將碳棒置 于氯化鋇上,接通電源使氯化鋇熔化,再將熱電偶熱電極與氯化鋇熔液稍接觸待起弧后迅速 離開,并用熱水洗凈測量端和熱電極上的氯化鋇顆粒。  
          
          8 安裝要求 
       
        對熱電偶與熱電阻的安裝,應注意有利于測溫準確,安全可考及維修方便,而且不影響設備運行和生產操作.要滿足以上要求,在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點:
       
        1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換,應合理選擇測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻。
       
        2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度:
       
      。1)對于測量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測流體的管道直徑是200毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇100毫米;
       
      。2)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶,淺插式的熱電偶保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm;
       
      。3)假如需要測量是煙道內煙氣的溫度,盡管煙道直徑為4m,熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可;
       
      。4)當測量原件插入深度超過1m時,應盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管。
       
          9 正確使用 
       
        正確使用熱電偶不但可以準確得到溫度的數值,保證產品合格,而且還可節省熱電偶的材料消耗,既節省資金又能保證產品質量。安裝不正確,熱導率和時間滯后等誤差,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溫度等,換句話說,熱電偶不應裝在太靠近門和加熱的地方,插入的深度至少應為保護管直徑的8~10倍;熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質致使爐內熱溢出或冷空氣侵入,因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應用耐火泥或石棉繩等絕熱物質堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃;熱電偶的安裝應盡可能避開強磁場和強電場,所以不應把熱電偶和動力電纜線裝在同一根導管內以免引入干擾造成誤差;熱電偶不能安裝在被測介質很少流動的區域內,當用熱電偶測量管內氣體溫度時,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,保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良,在高溫下更為嚴重,這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾,由此引起的誤差有時可達上百度。
       
        (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溫度的變化,在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環境許可時,甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后,用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大,熱電偶波動的振幅就越小,與實際爐溫的差別也就越大。當用時間常數大的熱電偶測溫或控溫時,儀表顯示的溫度雖然波動很小,但實際爐溫的波動可能很大。為了準確的測量溫度,應當選擇時間常數小的熱電偶。時間常數與傳熱系數成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時間常數,除增加傳熱系數以外,最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導熱性能好的材料,管壁薄、內徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中,使用無保護套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應及時校正及更換。
       
        (4)熱阻誤差
       
        高溫時,如保護管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導,這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此,應保持熱電偶保護管外部的清潔,以減小誤差。
       
          10 熱電偶的常見問題
       
        (1)熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數;
       
        (2)熱電偶所產生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關。
       
        (3)當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關;若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路,如圖所示。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。 
       
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