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熱電偶與熱電阻溫度計在工程中的應用

作時間:2018-04-20 16:18:49  来源:  作者:
   

 摘 要:熱電偶和熱電阻溫度計屬于接觸式溫度計,由于其無法替代的優點成为工礦企业常用的溫度測量元件。正确的安裝熱電偶和熱電阻傳感器是保證其測量精度和使用壽命的重要因素。

 
1 熱電偶的基本原理
         熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量元件。是根據熱電效應即塞貝克效應原理来測量溫度的,是溫度測量中常用的測溫元件。将不同材料的導體 A、B 接成閉合回路,接觸測溫點的一端稱为測量端(或工作端),另一端稱为參比端(或自由端)。若測量端和參比端所處溫度 t 和 t0 不同,則在回路的 A、B 之間就産生一熱電勢EAB(t,t0),这種現象稱为塞貝克效應,即熱電效應。EAB 大小随導體 A、B 的材料和兩端溫度 t 和 t0 而變,这種回路稱为原型熱電偶。在實際應用中,将 A、B 的一端焊接在一起作为熱電偶的測量端放到被測溫度 t 處,而将參比端分開,用導線接入顯示儀表,并保持參比端接點溫度 t0 穩定。顯示儀表所測電勢隻随被測溫度 t而變化。
 
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,隻要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所産生的熱電勢将保持不變,即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電勢後,即可知道被測介質的溫度。
 
2 熱電偶溫度計的選擇
常用熱電偶可分为标準熱電偶和非标準熱電偶兩大類。标準熱電偶是指國家标準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的标準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非标準化熱電偶在使用範圍或數量級上均不及标準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特别是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,为了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室内,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用隻起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移动到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法来補償冷端溫度 t0≠0℃時對測溫的影響。
 
熱電偶溫度計在工业生産中有着非常廣泛的應用,熱電偶的選擇首先應根據被測溫度的上限,正确地選擇熱電偶的熱電極及保護套管;根據被測對象的結構及安裝特點,選擇熱電偶的規格及尺寸。熱電偶按結構形式可分为普通工业型、铠裝型及特殊型等。铠裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成,它可以做得很細很長,在使用中可以随測量需要進行彎曲,其特點是:熱情性小、熱接點處的熱容量小、壽命較長、适應性強等應用廣泛。實際測量中,如果測量值偏離實際值太多,除熱電偶安裝位置不當外,還有可能是熱電偶偶絲被氧化、熱電偶測量端焊點出現砂眼等。
 
3 熱電偶測溫的優點
3.1 測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
 
3.2 測量範圍廣。常用的熱電偶從-50℃~+1600℃均可連續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可达+2800℃(如鎢-铼)。
 
3.3 結構簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起来非常方便。
 
4 熱電阻的基本原理
       熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精确度是最高的,它不僅廣泛應用于工业測溫,而且被制成标準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值随溫度的增加而增加这一特性来進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用最多的是鉑和銅,此外,現在已開始采用鎳、錳和铑等材料制造熱電阻。
 
5 熱電阻的類型
5.1 普通型熱電阻:普通型熱電阻從熱電阻的測溫原理可知,被
測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化来測量的,因此,熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶来影響。
 
5.2 铠裝熱電阻:铠裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不鏽鋼套管組合而成的堅實體,它有下列優點:1)體積小,内部無空氣隙,熱慣性好,測量滞後小;2)機械性能好、耐振,抗沖擊;3)能彎曲,便于安裝;4)使用壽命長。
 
5.3 端面熱電阻:端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正确和快速地反映被測端面的實際溫度,适用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
 
5.4 隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼内部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒内,生産現場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于 Bla--B3c 級區内具有爆炸危險場所的溫度測量。
 
6 熱電阻測溫的優點
在工业應用中,熱電偶一般适用于測量 500℃以上的較高溫度。對于 500℃以下的中、低溫度,熱電偶的輸出的熱電勢很小,这對二次儀表的放大器、抗幹擾措施等的要求就很高,否則難以實現精确測量;而且,在較低溫區域,冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。
 
q 所以測量中、低溫度一般使用熱電阻測溫元件較为合适。熱電阻優點:1)通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算等配套使用。直接測量各種生産過程中的-200~500℃範圍内液體、蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度;2)毋須補償導線,節省费用;3)機械強度高,耐壓性能好;4)進口薄膜電阻元件,性能可靠穩定。熱電阻的接線方式有四線制、三線制、二線制三種接法。四線制依靠電路可以完全消除誤差,而三線制可以近似消除誤差,兩線制的誤差一般用于精度要求不高的地方。
 
7 熱電阻和熱電偶的區别
熱電阻和熱電偶的區别是前者是有源熱感應器件,後者是無源熱點效應器件,熱電阻是本身阻值受溫度變化而産生變化的熱敏感應元件,它是有源電信号輸出元件,熱電偶是一種由兩種活潑性差異很大的導體金屬熔結的一組感溫原電池,它是無源的,當熔結點的溫度發生變化時其兩端的原電池電壓也會變化,因此就可無源地輸出電信号,熱電阻多用于常溫或中低溫感應電路而熱電偶則多用于高溫監測和控制電路。在電廠的熱力生産過程中,溫度是保證安全,经濟發電的一個重要參數。随着各類工廠自动化改造的日新月異,溫度控制元件的選型完全集中于熱電偶與熱電阻。
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