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聯(lián)系我們 熱電偶在測溫中由于受到測量環(huán)境、氣氛、使用溫度以及絕緣材料和保護管材料的污染等影響，使用一段時間后，其熱電性將會發(fā)生變化，尤其是在高溫、腐蝕性氣氛下這種影響更為嚴重。常見的問題有:①測溫儀表示值為零;②測溫儀表示值不穩(wěn)定;③測溫儀表示值比實際值偏大或偏小;④熱電勢變化不靈敏。
本文針對在應用抽氣熱電偶測量鋅精餾爐煙道氣體溫度過程中溫度跳躍問題進行了分析和處理。
1、測試方案及測試器材
用抽氣熱電偶取樣的同時進行煙氣溫度測量。鎳鉻－鎳硅抽氣熱電偶屬于廉金屬熱電偶，其正極為含鉻10%的鎳鉻合金(KP)，負極為含硅3%的鎳硅合金(KN)，負極親磁性。熱電偶絲直徑為0.5mm，長期使用的zui高溫度上限為1200℃，短期測溫上限為1300℃，熱電勢比S型熱電偶大4～5倍，線性度*，使用溫度范圍寬。
熱電偶套管采用直徑為20mm的鋼保護套管，套管與管座采用螺紋連接，這種連接方式能避免焊接加熱對熱電偶套管組織性能的影響。這種連接方式要求套管與管座的連接必須緊密。若是連接松動，則可能發(fā)生泄露，所以在連接時可采取一些密封措施。套管在蒸汽的交變應力作用下劇烈振動易發(fā)生斷裂，因此在安裝時需要對套管施加很大的預緊力。預緊力若是小了，達不到連接的穩(wěn)定性;而預緊力過大，會使套管承受過大的扭矩，從而在應力集中部位，也就是變截面處發(fā)生開裂。
2、溫度跳躍問題分析及處理方案
測溫過程中，發(fā)現(xiàn)熱電偶熱電動勢極不穩(wěn)定，溫度在－500℃至500℃之間跳躍，而實際煙氣溫度在300℃左右，經過分析，可能存在的原因如下:
1)熱電偶接線柱和熱電極接觸不良。
2)儀表連接處不牢固。測量回路中存在斷續(xù)短路、接地、似斷非斷、焊接不良現(xiàn)象。
3)熱電偶因安裝不牢而發(fā)生擺動或外部的振動使得測量值不穩(wěn)定。
4)熱電偶的接線盒內部有導電液體、潮濕粉塵、金屬液體。接線盒是供熱電偶和補償導線連接用的，它的出線孔和蓋子都用墊圈加以密封，以防止污物落入而影響接線的可靠性。當其有污染物時必須認真清洗熱電偶接線盒內部并在干燥箱內烘干后使用。
5)熱電極在使用中被氧化，高溫下晶粒會變大，同時受外力作用產生形變應力，環(huán)境對熱電極的污染和腐蝕，都會影響熱電偶的穩(wěn)定性。
針對上述原因，采取的處理方案如下:
1)檢查接線柱和熱電極是否接觸牢固可靠，接線端子處固定螺絲是否氧化變形或松動，重新固定螺絲和接線柱。
2)用表測試回路電阻，應符合15Ω或規(guī)定的要求，同時檢查熱電偶、補償導線，排除接地點，焊接或更換新的補償導線、熱電極，擰緊固定螺絲。
3)采取減振措施，將熱電偶牢固安裝，熱電偶插入深度應不小于本身保護套管直徑的10倍。對金屬保護管熱電偶，插入深度應為直徑的15～20倍;對非金屬保護管熱電偶，插入深度應為直徑的10～15倍。
4)檢查熱電偶接線盒，認真清洗并烘干。檢驗后安裝熱電偶，測量溫度時仍然出現(xiàn)溫度跳躍的情況，經分析可能由于工作人員的疏忽大意，使熱電偶與補償導線和測溫儀表之間出現(xiàn)人為故障也能引起溫度不穩(wěn)定，具體原因處理方案如下:
1)補償導線與熱電偶配置不當。
2)熱電偶與測溫儀表分度號不一致。
3)將補償導線接錯。熱電偶的兩根補償導線如果接反了就會出現(xiàn)溫度跳負數的情況，此時儀表就不可能反映真實的溫度。補償導線相當于一支在一定溫度范圍內(0～100℃)的熱電偶，故它的電流也是由正極經參考端流向負極，所以在熱電偶連接時，補償導線的正、負極應與熱電偶的正、負極相對應。當正、負極連接相反時不但不能起到補償作用，反而會抵消熱電偶的一部分熱電勢，使儀表的指示溫度偏低;同時，各種補償導線只能與相應型號的熱電偶配用，即各種熱電偶和所配套使用的補償導線在規(guī)定溫度范圍內必須一致。
4)測量回路接地，串入附加地電勢。檢查接地點，并加以處理。再次檢驗后發(fā)現(xiàn)測溫時所使用的電源串入了附加地電勢，重新安裝熱電偶后，測溫儀表顯示正常。
3串入附加地電勢導致溫度跳躍的原因經分析知，熱電動勢由兩部分電動勢組成，一部分是兩種導體的接觸電動勢，另一部分是單一導體的溫差電動勢。
1)接觸電動勢。當A和B兩種不同材料的均質導體接觸時，由于兩者內部單位體積的自由電子數目不同(即電子密度不同)，電子在兩個方向上擴散的速率就不同?，F(xiàn)假設導體A的自由電子密度大于導體B的自由電子密度，則導體A擴散到導體B的電子數要比導體B擴散到導體A的電子數多，所以導體A失去電子帶正電荷，導體B得到電子帶負電荷，于是，在A，B兩導體的接觸界面上便形成一個由A到B的電場。該電場的方向與擴散進行的方向相反，它將引起反方向的電子轉移，阻礙擴散作用的繼續(xù)進行;當擴散力與電場力的作用互相平衡時，便處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，A與B兩導體的接觸處就產生了電位差，稱為接觸電動勢。用eAB(t)表示。
2)溫差電動勢。對于導體A或B，將其兩端分別置于不同的溫度場t，t0中(t＞t0)。在導體內部，熱端的自由電子具有較大的動能，向冷端移動，從而使熱端失去電子帶正電荷，冷端得到電子帶負電荷，這樣，導體兩端便產生了一個由熱端指向冷端的靜電場。
該電場阻止電子從熱端繼續(xù)跑到冷端并使電子反方向移動，zui后也達到了動態(tài)平衡狀態(tài)。這樣，導體兩端便產生了電位差，將該電位差稱為溫差電動勢，用eA(t，t0)表示。熱電偶回路圖如圖1所示。
3)回路總電動勢。導體A和B首尾相接組成回路，如果導體A的電子密度大于導體B的電子密度，且兩接點的溫度不相等，則在熱電偶回路中存在著四個電勢，即兩個接觸電動勢和兩個溫差電動勢。熱電偶同路的總電動為EAB(t，t0)=eAB(t)－eA(t，t0)+eB(t，t0)－eAB(t0)
實踐證明，在熱電偶回路中同種材料溫差電動勢只占極小部分，且它們正負抵消一部分，因此可以忽略不計，故式(1)可以簡化成式(2):EAB(t，t0)=eAB(t)－eAB(t0)(2)式(2)表明，熱電偶產生的熱電動勢只隨熱端(測量端)溫度的變化而變化，即一定的熱電動勢對應著一定的溫度。我們通過測量熱電動勢的方法就達到了測溫的目的。當回路接地、串入附加地電勢以后，則eAB(t)可能等于零或者小于eAB(t0)，這樣EAB(t，t0)將出現(xiàn)負數，并且極不穩(wěn)定。
導致熱電偶在測溫過程中出現(xiàn)溫度跳躍問題的原因有很多，本文對其可能產生故障的原因逐一排查并提出解決方案，重點分析了熱電偶在串入附加地電勢后導致溫度跳躍的原因。在使用抽氣熱電偶測溫時，由于電源串入了附加地電勢，從而導致回路總電勢為負數，使得儀表顯示為負數，并且極不穩(wěn)定。通過對這一問題的分析和處理，盡可能地解決在使用熱電偶進行實際工程測量中碰到的一些問題，這對于有效提高檢測水平、檢測質量、檢測效率和降低檢測成本具有一定的實際意義。
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