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熱電偶的正確使用

 更新時間:2009-03-10 點(diǎn)擊量:3909

熱電的正確使用
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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

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,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810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流而影響測溫的準(zhǔn)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(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場,所以不應(yīng)把熱電偶和動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介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi),當(dāng)用熱電偶測量管內(nèi)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。

1 G9 j7 h$ v* B2 絕緣變差而引入的誤差

熱電偶絕緣了,保護(hù)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(yán)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(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溫度的變化,在進(jìn)行快速測量時這種影響尤為突出。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。測溫環(huán)境許可時,甚至可將保護(hù)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(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時間常數(shù)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(shí)際爐溫的波動可能很大。為了準(zhǔn)確的測量溫度,應(yīng)當(dāng)選擇時間常數(shù)小的熱電偶。時間常數(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。在較精密的溫度測量中,使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應(yīng)及時校正及更換。

+ ]% c) J; D4 y3 U5 f+ U2 |4 熱阻誤差

+ m- R7 l; T% y: B高溫時,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),這時溫度示值比被測溫度的真值低。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小問題

1.熱電偶的測量原理是什么?
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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。
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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,形成熱電偶的測量端也稱工作端。將它插入待測溫度的介質(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)生的熱電動勢。

2.熱電阻的測量原理是什么?
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熱電阻是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體有溫度變化時本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的,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激光濺射工藝在基片形成。當(dāng)被測介質(zhì)有溫度梯度時,則所測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;
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根據(jù)測量精度選擇:對精度要求較高選擇熱電阻,對精度要求不高選擇熱電偶;
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根據(jù)測量范圍選擇:熱電偶所測量的一般指點(diǎn)溫,熱電阻所測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)?
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IEC1515的標(biāo)準(zhǔn)中名稱為《mineral insulated thermocouple cable,即無機(jī)礦物絕緣熱電電偶纜。將熱電極、絕緣物和護(hù)套通過整體拉制而形成的,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等優(yōu)點(diǎn)。

5.熱電偶的分度號有哪幾種?有何特點(diǎn)?

熱電偶的分度號有主要有S、R、B、NK、EJ、T等幾種。其中S、RB屬于貴金屬熱電偶,NK、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。

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

R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右,其它性能幾乎*相同;B分度號在室溫下熱電動勢極小,故在測量時一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線。它的長期使用溫度為1600,短期1800。可在氧化性或中性氣氛中使用,也可在真空條件下短期使用。
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分度號的特點(diǎn)是1300下高溫抗氧化能力強(qiáng),熱電動勢的長期穩(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分度號熱電偶;
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分度號的特點(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分度號的特點(diǎn)是在常用熱電偶中,其熱電動勢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;
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分度號的特點(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H2CO氣體腐蝕,多用于煉油及化工;
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分度號的特點(diǎn)是在所有廉金屬熱電偶中度等級zui高,通常用來測量300以下的溫度。
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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。
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線制熱電阻配線簡單,但要帶進(jìn)引線電阻的附加誤差。因此不適用制造A級精度的熱電阻,且在使用時引線及導(dǎo)線都不宜過長。

3線制可以消除引線電阻的影響,測量精度高于2線制。作為過程檢測元件,其應(yīng)用zui廣。
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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,還可以消除該電阻的影響。在高精度測量時,要采用4線制。
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熱電偶K熱電偶相比有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?

 N熱電偶的優(yōu)點(diǎn):
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高溫抗氧化能力強(qiáng),長期穩(wěn)定性強(qiáng)。K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勢漂移等,在N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率寡趸磻?yīng)僅在表面進(jìn)行;
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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熱電偶取消了K型中的易蛻變元素Mn、Co,使抗中子輻照能力進(jìn)一步加強(qiáng);
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400~1300范圍內(nèi),N熱電偶的熱電特性的線性比K型好。

N熱電偶的缺點(diǎn):

-N熱電偶的材料比K型硬,較難加工;

-價格相對較貴。N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;

--200~400范圍內(nèi)非線性誤差較大。
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如何選擇合適的熱安裝套管?
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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度而定。ASME/ANSI PTC19.3對此作了充分規(guī)定,采用套管強(qiáng)度分析軟件可計算出套管設(shè)計是否符合工藝要求。安裝于現(xiàn)場的熱套管需計算熱套管的強(qiáng)度,影響護(hù)套管的強(qiáng)度主要有以下三點(diǎn):

1.流動引起的振動;經(jīng)過護(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。如果這個頻率和熱套管的固有頻率接近或一致,就會產(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
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.流動引起的應(yīng)力;流體流動隨著流速和密度而變化,并在熱套管施加了力,這個流動引起的壓力通過計算可以得出。
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.過程壓力;熱套管所能承受的zui大靜壓可以計算得出。"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。
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如何選擇合適的雙金屬溫度計?
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水平安裝時,選擇軸向或萬向型雙金屬溫度計;
垂直安裝時,選擇徑向或萬向型雙金屬溫度計;
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傾斜安裝時,根據(jù)實(shí)際需要選擇軸向、徑向或萬向型雙金屬溫度計;
如需對測量點(diǎn)設(shè)置上下限報警控制時,可選擇電接點(diǎn)雙金屬溫度計
10.
雙金屬溫度計有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
雙金屬溫度計的優(yōu)點(diǎn)在于價格相對低廉、讀數(shù)直觀,缺點(diǎn)為測溫范圍較小、精度相對不高。通常作為就地測量、顯示儀表。
11.
溫度變送器有何特點(diǎn)?
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溫度變送器的特點(diǎn)是
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靜態(tài)功耗低、安全可靠、不需維修、使用壽命長。
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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。
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傳輸信號為4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號,不但抗*力強(qiáng),傳輸距離遠(yuǎn),而且可節(jié)約價格較貴的補(bǔ)償導(dǎo)線。
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可提供符合HART協(xié)議及FF、PROFBUS總線通訊協(xié)議形式.
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壓力式溫度計測量原理是什么?
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,因此壓力式溫度計的標(biāo)尺應(yīng)均勻等分。壓力式溫度計是由充有感溫介質(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.
紅外線溫度計測量原理是什么?
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紅外線測溫計由光學(xué)系統(tǒng),光電探測器,信號放大器及信號處理.顯示輸出等部分組成。光學(xué)系統(tǒng)匯聚其視場內(nèi)的目標(biāo)紅外輻射能量,紅外能量聚焦在光電探測器上并轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號,該信號再經(jīng)換算轉(zhuǎn)變?yōu)楸粶y目標(biāo)的溫度值。
14.
如何選擇合適的補(bǔ)償導(dǎo)線或電纜?
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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勢延長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特性相勢的材料,所以精度沒有延伸型高。

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