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熱電偶的正確使用

 更新時(shí)間:2009-03-10 點(diǎn)擊量:3913

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(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

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(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

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?
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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(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?
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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(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;
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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;
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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)?
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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SR、B、N、KE、J、T等幾種。其中SR、B屬于貴金屬熱電偶,NKE、JT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。
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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;
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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;
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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H2CO氣體腐蝕,多用于煉油及化工;
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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。
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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(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。
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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(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。
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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(zhǎng)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(dòng)勢(shì)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?,致使氧化反?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?cè)?/font>MnCo,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(jià)格相對(duì)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(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。
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.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。
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.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。
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如何選擇合適的雙金屬溫度計(jì)?
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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);
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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)?
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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(zhǎng)。
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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(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。
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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(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?
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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?
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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(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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