溫度測(cè)量?jī)x表.doc

熱電偶、熱電阻的工作原理和維護(hù)，維修，故障處理一 熱電偶1、 原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)溫度升高時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱電流，回路便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)（或塞貝克效應(yīng)）。熱電偶就是利用這個(gè)效應(yīng)來(lái)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(shí)的條件下得到的。在熱電偶回路中標(biāo)入第三種材料時(shí)，只要該材料兩個(gè) 標(biāo)點(diǎn)溫度相同，所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即可測(cè)出被測(cè)介質(zhì)的溫度。2、 工作原理是將熱能轉(zhuǎn)化為電能1) 電勢(shì)大小均勻的材料，與長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與材料成分和兩端溫度有關(guān)2) 電勢(shì)與熱電偶兩端溫度的函數(shù)差，而不是溫度差的函數(shù)關(guān)系3、 優(yōu)點(diǎn)l 測(cè)量精度高，因?yàn)樗苯优c被測(cè)量物體接觸，不受中間介質(zhì)的影響，感溫快速、準(zhǔn)確l 測(cè)量范圍廣。常用在-501600度。某些特殊的最低可測(cè)-269（如鎳、鉻、金、鐵），最高可達(dá)2800（如鎢、錸）。l 構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。通常是兩種不同的金屬絲組成。不受大小和開(kāi)頭的限制，外有保護(hù)套管，使用起來(lái)很方便 缺點(diǎn)l 在工業(yè)應(yīng)用上，一般只實(shí)用于測(cè)量500以上的高溫，對(duì)于500以下中低溫，熱電偶輸出的熱電勢(shì)很小，抗干擾措施等要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量。而且在較低區(qū)域冷端的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。所以中低溫度一般采用熱電阻測(cè)量?jī)x表比較適宜4、 結(jié)構(gòu)形式要求1) 組成熱電偶的兩個(gè)電極必須焊接牢固（焊接用氣焊或電弧焊）2) 兩個(gè)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(zhì)絕緣管，1300以下選用鋁管，1600以下選用剛玉管）3) 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便，可靠4) 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離（保護(hù)管作用是使電偶電極不與介質(zhì)接觸，可延長(zhǎng)壽命，還可起支撐和固定作用）其中第2和4兩點(diǎn)直接影響到熱電偶使用壽命和準(zhǔn)確度種類：可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差，并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，有與其配套的顯示儀表可供選擇非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量（如高溫、低溫、超低溫、高真空或有核輻射等被測(cè)對(duì)象中。如鎢，錸系熱電偶可用到2400，裸絲可更高）標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶 我國(guó)從1988年1月1日全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶 型號(hào) 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(fù)極 S、B、R型不適合在水蒸汽和還原性氣氛中使用對(duì)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(fù)極鎳硅含硅3%合金（有的國(guó)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(shì)變化近似線性，價(jià)格便宜，應(yīng)用很廣它是抗氧化性很強(qiáng)的賤金屬熱電偶，不適宜在含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛裸絲使用，在氧分壓較低時(shí)，鎳鉻極中鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢(shì)發(fā)生很大變化，但金屬氣體對(duì)其影響很小，因此多采用金屬制保護(hù)管缺點(diǎn)： 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(guò)1000 ）會(huì)因氧化而損壞2. 在250500范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點(diǎn)，在升溫、降溫過(guò)程中，其熱電勢(shì)值不一樣，其差值可達(dá)233. 其負(fù)極在150200范圍內(nèi)發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，放使在室溫至230范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其在磁場(chǎng)中使用時(shí)，往往出現(xiàn)與時(shí)間無(wú)關(guān)的熱電勢(shì)干擾7、 冷端補(bǔ)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(zhǎng)，使冷端遠(yuǎn)離工作端，并連同顯示儀表一起放置在恒溫或溫度冷動(dòng)較小的地方，這種方法不便于安裝，又耗費(fèi)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(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)。為了節(jié)省熱電偶的材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)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(nèi)，連接到儀表端子上（補(bǔ)償導(dǎo)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(duì)測(cè)量的影響，不起補(bǔ)償作用。因此還需要其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度對(duì)測(cè)量的影響另外注意：使用熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，必須型號(hào)相匹配，極性不能接反補(bǔ)償導(dǎo)線與連接端的溫度不能超過(guò)100冷端補(bǔ)償： 若測(cè)量時(shí)，冷端的溫度變化，將影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，故采取措施對(duì)冷端進(jìn)行補(bǔ)償效驗(yàn)發(fā)： 由于分度號(hào)是在冷端溫度為0情況下得到的，如果測(cè)量熱電偶熱端為t，冷端不是0，是t(0) 時(shí)，就不能用測(cè)E（t-t0）去差分度表t.而應(yīng)根據(jù)公式得：E（t.0）=E(t.t0)+E(t0.0)例如，補(bǔ)償電橋法：采用冷端串聯(lián)一個(gè)熱電阻構(gòu)成的電橋如圖當(dāng)R1在20時(shí)為1歐，Vab不起補(bǔ)償作用。Vab=0v當(dāng)冷端升或降時(shí)，熱電阻減或加，a點(diǎn)電位低于（高于）b點(diǎn)電位，產(chǎn)生一個(gè)不平衡的電壓Vab選擇電阻R0，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡的電壓，補(bǔ)償冷端溫度，從而消除補(bǔ)償 導(dǎo)線冷端對(duì)溫度不同而產(chǎn)生的誤差。8、 補(bǔ)償導(dǎo)線概念： 在一定溫度范圍內(nèi)，具有與其匹配的熱電動(dòng)勢(shì)標(biāo)稱值相同的一對(duì)帶絕緣包覆的導(dǎo)線叫補(bǔ)償導(dǎo)線。用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)償熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差特點(diǎn)： 1. 熱電偶特性穩(wěn)定，電絕緣性好，使用壽命長(zhǎng)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(yīng)安裝在太靠近門(mén)和加熱的地方，插入深度至少是保護(hù)管直徑的810倍2) 保護(hù)管與壁間的間隔要求用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞，以免冷空氣或爐內(nèi)熱對(duì)流而影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。冷端太靠近爐體超過(guò)100，也會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)3) 避開(kāi)強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)。不能同動(dòng)力電纜裝在同一導(dǎo)管內(nèi)，引起干擾造成誤差4) 不能安裝在介質(zhì)流動(dòng)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(hù)管和接線板污后或鹽渣過(guò)多，灰塵，受潮等都會(huì)致使熱電偶電極間與爐壁間絕緣不良。在高溫下更為嚴(yán)重，不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗，還會(huì)引入干擾，因此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度2) 熱惰性引起誤差 有的工藝要求快速測(cè)量溫度，應(yīng)采用熱電極極細(xì)，保護(hù)套管直徑較小的熱電偶，在測(cè)量環(huán)境允許的情況下，甚至可以將保護(hù)套管取去，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，但這種容易損壞，需經(jīng)常更換3) 高溫時(shí)，保護(hù)套管上有一層煤灰附在上面，則熱阻增加，也會(huì)造成測(cè)量誤差4) 熱電極變質(zhì)，使熱電性質(zhì)產(chǎn)生誤差常見(jiàn)故障： 測(cè)量偏低 1) 熱電極短路2) 接線柱積灰短路3) 補(bǔ)償導(dǎo)線短路4) 極性接反5) 熱電偶變質(zhì)6) 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套7) 安裝不當(dāng)插入深度不夠8) 冷端補(bǔ)償不符合要求9) 熱電偶與顯示儀表不配套 測(cè)量偏高1) 熱電偶與顯示儀表不配套2) 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套3) 有直流干擾信號(hào)輸入 測(cè)量不穩(wěn)定1) 接線柱接觸不良2) 測(cè)量線路絕緣破壞或接地3) 安裝不牢或震動(dòng)4) 熱電極將斷未斷5) 外界干擾 熱電偶熱電勢(shì)誤差大1) 熱電板變質(zhì)2) 熱電偶安裝位置不當(dāng)3) 保護(hù)套管表面積灰二 熱電阻1、原理 根據(jù)導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻隨溫度而變化的性質(zhì)，將電阻值的變化用儀表顯示出來(lái)，達(dá)到測(cè)量目的 在關(guān)于上熱電阻一般用來(lái)測(cè)-200500之間的溫度 特點(diǎn)：準(zhǔn)確度和靈敏度高，輸出電信號(hào)，便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)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(zhì)中（空氣） 化學(xué)性質(zhì)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(kāi)來(lái) 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(cè)量誤差應(yīng)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(duì)溫度的反應(yīng)速度來(lái)看，R0值越小越好。而且R0值越小，在測(cè)量時(shí)電流通過(guò)熱電阻使金屬絲加熱產(chǎn)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(guó)工程上常用的鉑電阻體分度號(hào)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(yīng)用廣泛外，銅電阻也很普遍，因?yàn)殂~電阻與溫度幾乎現(xiàn)行，而且材料容易提純，價(jià)格便宜，在一些要求測(cè)量準(zhǔn)確不很高，溫度較低的場(chǎng)合多使用銅電阻銅電阻通常測(cè)量-50150，我國(guó)工業(yè)一般Cu(50) R0=50歐 Cu(100) R0=100歐缺點(diǎn)：容易氧化，只能用于低溫，準(zhǔn)備度不很高現(xiàn)在除了用鉑、銅電阻外，近年，對(duì)低溫，超低溫方面已經(jīng)開(kāi)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(hù)管有金屬屑、灰塵，接線柱積灰及熱電阻短路 顯示無(wú)窮大 熱電阻或引出線斷路 顯示負(fù)值 接線錯(cuò)誤或電阻短路 阻值與溫度關(guān)系有變化 熱電阻材料受腐蝕變質(zhì)4、 安裝要求正確選擇測(cè)溫點(diǎn) 不能插在死區(qū)，避開(kāi)電磁場(chǎng)干擾插入深度 為管中心距 長(zhǎng)度以整個(gè)溫包浸沒(méi)被測(cè)介質(zhì)為符合要求儀表信號(hào)線不與供電線路合用一根電纜，也