溫度測量儀表.doc

熱電偶、熱電阻的工作原理和維護，維修，故障處理一 熱電偶1、 原理：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，當溫度升高時，就會產生熱電流，回路便產生電動勢。這種現(xiàn)象稱為熱電效應（或塞貝克效應）。熱電偶就是利用這個效應來工作的。 E（AB）的大小隨A、B的材料和兩端溫度t和t0而變。分度表自由端在0時的條件下得到的。在熱電偶回路中標入第三種材料時，只要該材料兩個 標點溫度相同，所產生的熱電勢將保持不變，即可測出被測介質的溫度。2、 工作原理是將熱能轉化為電能1) 電勢大小均勻的材料，與長度和直徑無關，只與材料成分和兩端溫度有關2) 電勢與熱電偶兩端溫度的函數(shù)差，而不是溫度差的函數(shù)關系3、 優(yōu)點l 測量精度高，因為它直接與被測量物體接觸，不受中間介質的影響，感溫快速、準確l 測量范圍廣。常用在-501600度。某些特殊的最低可測-269（如鎳、鉻、金、鐵），最高可達2800（如鎢、錸）。l 構造簡單，使用方便。通常是兩種不同的金屬絲組成。不受大小和開頭的限制，外有保護套管，使用起來很方便 缺點l 在工業(yè)應用上，一般只實用于測量500以上的高溫，對于500以下中低溫，熱電偶輸出的熱電勢很小，抗干擾措施等要求就很高，否則難以實現(xiàn)精確測量。而且在較低區(qū)域冷端的變化所引起的相對誤差也非常突出。所以中低溫度一般采用熱電阻測量儀表比較適宜4、 結構形式要求1) 組成熱電偶的兩個電極必須焊接牢固（焊接用氣焊或電弧焊）2) 兩個熱電極彼此間必須有很好的絕緣，以防短路（絕緣在1000以下選用粘土質絕緣管，1300以下選用鋁管，1600以下選用剛玉管）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（保護管作用是使電偶電極不與介質接觸，可延長壽命，還可起支撐和固定作用）其中第2和4兩點直接影響到熱電偶使用壽命和準確度種類：可分為標準熱電偶和非標準熱電偶標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差，并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶，有與其配套的顯示儀表可供選擇非標準熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量（如高溫、低溫、超低溫、高真空或有核輻射等被測對象中。如鎢，錸系熱電偶可用到2400，裸絲可更高）標準化熱電偶 我國從1988年1月1日全部按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為我國統(tǒng)一設計型熱電偶 型號 范圍K：鎳鉻鎳硅 WRN -2001200S：鉑銠（10）鉑 WRP 01300B：鉑銠（30）鉑銠（6） WRR 6001700E：鎳鉻銅鎳（康銅） WRE -40800J：鐵銅鎳（康銅） WRF -200750R：鉑銠（13）鉑 WRQ 01300T:銅銅鎳（康銅） WRC -200350其中前面的為正極，后面的為負極 S、B、R型不適合在水蒸汽和還原性氣氛中使用對于參考端為0的K型熱電偶的參照如下K型 0 100 200 300 400 500 600 700 E(mv) 0 4.096 8.138 12.209 16.397 20.644 24.905 29.129 K型 800 900 1000E(mv) 33.275 37.326 41.276校正 0 10 20 30 40 50E(mv) 0 0.397 0.798 1.203 1.612 2.0236、K型 鎳鉻鎳硅正極鎳鉻含鉻10%合金，負極鎳硅含硅3%合金（有的國家為純鎳）適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，其溫度與電勢變化近似線性，價格便宜，應用很廣它是抗氧化性很強的賤金屬熱電偶，不適宜在含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛裸絲使用，在氧分壓較低時，鎳鉻極中鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢發(fā)生很大變化，但金屬氣體對其影響很小，因此多采用金屬制保護管缺點： 1. 高溫穩(wěn)定性較N型及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過1000 ）會因氧化而損壞2. 在250500范圍內短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點，在升溫、降溫過程中，其熱電勢值不一樣，其差值可達233. 其負極在150200范圍內發(fā)生磁性轉變，放使在室溫至230范圍內分度值往往偏離分度表，尤其在磁場中使用時，往往出現(xiàn)與時間無關的熱電勢干擾7、 冷端補償 為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定（最好是0），可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，并連同顯示儀表一起放置在恒溫或溫度冷動較小的地方，這種方法不便于安裝，又耗費許多貴重的金屬材料 由于熱電偶的材料一般比較貴重（特別是采用金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠。為了節(jié)省熱電偶的材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，連接到儀表端子上（補償導線本身只起延伸熱電極，使它接到控制室儀表上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測量的影響，不起補償作用。因此還需要其他修正方法來補償冷端溫度對測量的影響另外注意：使用熱電偶和補償導線時，必須型號相匹配，極性不能接反補償導線與連接端的溫度不能超過100冷端補償： 若測量時，冷端的溫度變化，將影響測量的準確性，故采取措施對冷端進行補償效驗發(fā)： 由于分度號是在冷端溫度為0情況下得到的，如果測量熱電偶熱端為t，冷端不是0，是t(0) 時，就不能用測E（t-t0）去差分度表t.而應根據(jù)公式得：E（t.0）=E(t.t0)+E(t0.0)例如，補償電橋法：采用冷端串聯(lián)一個熱電阻構成的電橋如圖當R1在20時為1歐，Vab不起補償作用。Vab=0v當冷端升或降時，熱電阻減或加，a點電位低于（高于）b點電位，產生一個不平衡的電壓Vab選擇電阻R0，也會產生一個不平衡的電壓，補償冷端溫度，從而消除補償 導線冷端對溫度不同而產生的誤差。8、 補償導線概念： 在一定溫度范圍內，具有與其匹配的熱電動勢標稱值相同的一對帶絕緣包覆的導線叫補償導線。用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差特點： 1. 熱電偶特性穩(wěn)定，電絕緣性好，使用壽命長2. 柔軟，彎曲性能好，使用方便3. 包覆材料穩(wěn)定可靠，具有一定的耐溫性和耐寒性能9、 安裝要求1) 熱電偶不應安裝在太靠近門和加熱的地方，插入深度至少是保護管直徑的810倍2) 保護管與壁間的間隔要求用耐火泥或石棉繩等絕熱物質堵塞，以免冷空氣或爐內熱對流而影響測量的準確性。冷端太靠近爐體超過100，也會造成測量不準3) 避開強磁場和強電場。不能同動力電纜裝在同一導管內，引起干擾造成誤差4) 不能安裝在介質流動少的區(qū)域5) 必須逆著流速方向安裝，充分與氣體接觸10、 故障、誤差1) 絕緣 保護管和接線板污后或鹽渣過多，灰塵，受潮等都會致使熱電偶電極間與爐壁間絕緣不良。在高溫下更為嚴重，不僅會引起熱電勢的損耗，還會引入干擾，因此引起的誤差有時可達上百度2) 熱惰性引起誤差 有的工藝要求快速測量溫度，應采用熱電極極細，保護套管直徑較小的熱電偶，在測量環(huán)境允許的情況下，甚至可以將保護套管取去，在較精密的溫度測量中使用無保護套管的裸絲熱電偶，但這種容易損壞，需經(jīng)常更換3) 高溫時，保護套管上有一層煤灰附在上面，則熱阻增加，也會造成測量誤差4) 熱電極變質，使熱電性質產生誤差常見故障： 測量偏低 1) 熱電極短路2) 接線柱積灰短路3) 補償導線短路4) 極性接反5) 熱電偶變質6) 補償導線與熱電偶不配套7) 安裝不當插入深度不夠8) 冷端補償不符合要求9) 熱電偶與顯示儀表不配套 測量偏高1) 熱電偶與顯示儀表不配套2) 補償導線與熱電偶不配套3) 有直流干擾信號輸入 測量不穩(wěn)定1) 接線柱接觸不良2) 測量線路絕緣破壞或接地3) 安裝不牢或震動4) 熱電極將斷未斷5) 外界干擾 熱電偶熱電勢誤差大1) 熱電板變質2) 熱電偶安裝位置不當3) 保護套管表面積灰二 熱電阻1、原理 根據(jù)導體或半導體的電阻隨溫度而變化的性質，將電阻值的變化用儀表顯示出來，達到測量目的 在關于上熱電阻一般用來測-200500之間的溫度 特點：準確度和靈敏度高，輸出電信號，便于信號的遠傳和實現(xiàn)多點切換測量 2、常用熱電阻1) 鉑電阻 精度高、穩(wěn)定性好在氧化性介質中（空氣） 化學性質穩(wěn)定；在還原性氣體中，容易被污染，使鉑絲變脆，必須把電阻體與有害氣體隔離開來 2）作用原理：為了減小引出線和連接線的電阻因環(huán)境溫度變化所引起可測量誤差應取較大的R0值，從減小熱電阻體積以減小熱容性和熱貫性，提高對溫度的反應速度來看，R0值越小越好。而且R0值越小，在測量時電流通過熱電阻使金屬絲加熱產生的熱量越小，因此引起的附加誤差也越小，經(jīng)綜合考慮我國工程上常用的鉑電阻體分度號為BA1 R0=46歐。 BA2 R0=100歐 Pt(50) R0=50歐 Pt(100) R0=100歐 3）除了鉑電阻應用廣泛外，銅電阻也很普遍，因為銅電阻與溫度幾乎現(xiàn)行，而且材料容易提純，價格便宜，在一些要求測量準確不很高，溫度較低的場合多使用銅電阻銅電阻通常測量-50150，我國工業(yè)一般Cu(50) R0=50歐 Cu(100) R0=100歐缺點：容易氧化，只能用于低溫，準備度不很高現(xiàn)在除了用鉑、銅電阻外，近年，對低溫，超低溫方面已經(jīng)開始銦電阻，錳電阻和碳電阻了3、 故障 指示低或示值不穩(wěn) 保護管有金屬屑、灰塵，接線柱積灰及熱電阻短路 顯示無窮大 熱電阻或引出線斷路 顯示負值 接線錯誤或電阻短路 阻值與溫度關系有變化 熱電阻材料受腐蝕變質4、 安裝要求正確選擇測溫點 不能插在死區(qū)，避開電磁場干擾插入深度 為管中心距 長度以整個溫包浸沒被測介質為符合要求儀表信號線不與供電線路合用一根電纜，也