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熱電偶溫度計在水電工程中的應用
發布者:管理員 來源: 本站 發布時間:2017-3-27 瀏覽次數:1057

 熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量儀表。是根據熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的,是溫度測量儀表中常用的測溫元件。本文主要介紹了熱電偶溫度計在水電工程中的應用,供讀者們參考。
 
    1、熱電偶的基本原理
 
    熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量儀表。是根據熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的,是溫度測量儀表中常用的測溫元件。將不同材料的導體A、B接成閉合回路,接觸測溫點的一端稱為測量端(或工作端),另一端稱為參比端(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之間就產生一熱電勢EAB(t,t0),這種現象稱為塞貝克效應,即熱電效應。EAB大小隨導體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實際應用中,將A、B的一端焊接在一起作為熱電偶的測量端放到被測溫度t處,而將參比端分開,用導線接入顯示儀表,并保持參比端接點溫度t0穩定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度而t變化。
 
    在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變,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,測得熱電勢后,即可知道被測介質的溫度。
 
    根據熱電勢與溫度函數關系。可制成熱電偶分度表。分度表是在自由端溫度To=0℃的條件下得到的。不同的熱電偶具有不同的分度表。
 
    從理論上講,任何兩種導體都可以配制成熱電偶,但實際上并不是所有材料都能制作熱電偶,故對熱電極材料必須滿足以下幾點:
 
    (1)熱電偶材料受溫度作用后能產生較高的熱電勢,熱電勢和溫度之間的關系最好呈線性或近似線性的單值函數關系;
 
    (2)能測量較高的溫度,并在較寬的溫度范國內應用,經長期使用后,物理、化學性能及熱電特性保持穩定;
 
    (3)要求材料的電阻溫度系數要小,電阻率高,導電性能好,熱容量要小;復現性要好,便于大批生產和互換,便于制定統一的分度表;
 
    (4)機械性能好,材質均勻;
 
    (5)資源豐富,價格便宜。
 
    為了保證熱電偶可靠和穩定地工作對熱電偶有如下要求:
 
    (1)組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
 
    (2)兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;
 
    (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。熱電偶溫度計的特點有:
 
    (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。
 
    (2)測量范圍廣。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),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。
 
    (3)構造簡單,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,用起來非常方便。熱電偶是一種感溫元件,它能將溫度信號轉換成熱電勢信號,通過與電氣測量儀表的配合,就能測量出被測的溫度。
 
    2、熱電歐溫度計的選擇
 
    常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶,按IEC國際標準生產。熱電偶的分度號有主要有S、R、B、N、K、E、J、T等幾種。其中S、R、B屬于貴金屬熱電偶,N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。
 
    S分度號的特點是抗氧化性能強,宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用,長期使用溫度1400℃,短期1600℃。在所有熱電偶中,S分度號的精確度等級最高,通常用作標準熱電偶;
 
    R分度號與S分度號相比除熱電動勢大15%左右,其它性能幾乎完全相同;
 
    B分度號在室溫下熱電動勢極小,故在測量時一般不用補償導線。它的長期使用溫度為1600℃,短期1800℃。可在氧化性或中性氣氛中使用,也可在真空條件下短期使用。
 
    N分度號的特點是1300℃下高溫抗氧化能力強,熱電動勢的長期穩定性及短期熱循環的復現性好,耐核輻照及耐低溫性能也好,可以部分代替S分度號熱電偶;
 
    K分度號的特點是抗氧化性能強,宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用,長期使用溫度1000℃,短期1200℃。在所有熱電偶中使用最廣泛;
 
    E分度號的特點是在常用熱電偶中,其熱電動勢最大,即靈敏度最高。宜在氧化性、惰性氣氛中連續使用,使用溫度0-800℃;
 
    J分度號的特點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H2及CO氣體腐蝕,多用于煉油及化工;
 
    T分度號的特點是在所有廉金屬熱電偶中精確度等級最高,通常用來測量300℃以下的溫度。
 
    由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,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內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動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來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。
 
    在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。冷端溫度補償器的型號應與熱電偶的型號相符,并在規定溫度范圍內使用;冷端溫度補償器與熱電偶連接時極性不能接錯;根據補償器的平衡點溫度調整儀表起始點,使指針批示在平衡點溫度;具有自動補償機構的顯示儀表不安裝補償器;補償器必須定期檢查和檢定。
 
    熱電偶溫度計在工業生產中有著非常廣泛的應用,熱電偶的選擇首先應根據被測溫度的上限,正確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為普通工業型、鎧裝型及特殊型等。
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