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多點(diǎn)防爆熱電偶WRNK-240
儀表。它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào), 通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò),此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì),這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系, 制成熱電偶分度表; 分度表是自由端溫度在
多點(diǎn)防爆熱電偶WRNK-240是一種
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)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(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表, 測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端,通過(guò)引線(xiàn)與測(cè)量電路連接的端稱(chēng)為冷端)的溫度保持不變,其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí),冷端的(環(huán)境)溫度變化,將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱(chēng)為熱電偶的冷端補(bǔ)償。
附:熱電偶冷端補(bǔ)償計(jì)算方法:從毫伏到溫度:測(cè)量冷端溫度,換算為對(duì)應(yīng)毫伏值,與熱電偶的毫伏值相加,換算出溫度。 從溫度到毫伏:測(cè)量出實(shí)際溫度與冷端溫度,分別換算為毫伏值,相減後得出毫伏值,即得溫度
常見(jiàn)問(wèn)題
對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
1:熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);
2 :熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),
3:當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。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,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
工作原理
兩種不同成份的導(dǎo)體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)兩個(gè)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng),而這種電動(dòng)勢(shì)稱(chēng)為熱電勢(shì)。熱電偶就
是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱(chēng)為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱(chēng)為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
1:熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);
2 :熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
3:當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。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,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
特點(diǎn)
◆裝配簡(jiǎn)單,更換方便 ◆壓簧式感溫元件,抗震性能好
◆測(cè)量范圍大(-200℃~
◆ 機(jī)械強(qiáng)度高,耐壓性能好
◆ 耐高溫可達(dá)2800度
種類(lèi)
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指標(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,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,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。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶我國(guó)從
熱電偶結(jié)構(gòu)
熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對(duì)它的結(jié)
構(gòu)要求如下:
①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
③補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)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。
常用熱電偶材料
熱電偶分度號(hào) 熱電極材料 使用溫度范圍(℃)
正極 負(fù)極
S 鉑銠合金(銠含量10 %) 純鉑 0-1400
R 鉑銠合金(銠含量13 %) 純鉑 0-1400
B 鉑銠合金(銠含量30%) 鉑銠合金(銠含量6% ) 0-1400
K 鎳鉻 鎳硅 -200-+1000
T 純銅 銅鎳 -200-+300
J 鐵 銅鎳 -200-+600
N 鎳鉻硅 鎳硅 -200-+1200
E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700
熱電偶的種類(lèi):裝配熱電偶,鎧裝熱電偶,端面熱電偶,壓簧固定熱電偶,高溫?zé)犭娕迹?/span>鉑銠熱電偶,防腐熱電偶,耐磨熱電偶,高壓熱電偶,特殊熱電偶,手持式熱電偶,微型熱電偶,貴金屬熱電偶 ,快速熱電偶,鎢錸熱電偶,單芯鎧裝熱電偶等等。
從理論上講,任何兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)都可以配制成熱電
偶,但是作為實(shí)用的測(cè)溫元件,對(duì)它的要求是多方面的。為了保證工程技術(shù)中的可靠性,以及足夠的測(cè)量精度,并不是所有材料都能組成熱電偶,一般對(duì)熱電偶的電極材料,基本要求是:(1)、在測(cè)溫范圍內(nèi),熱電性質(zhì)穩(wěn)定,不隨時(shí)間而變化,有足夠的物理化學(xué)穩(wěn)定性,不易氧化或腐蝕;(2)、 電阻溫度系數(shù)小,導(dǎo)電率高,比熱??;(3)、測(cè)溫中產(chǎn)生熱電勢(shì)要大,并且熱電勢(shì)與溫度之間呈線(xiàn)性或接近線(xiàn)性的單值函數(shù)關(guān)系;(4)、材料復(fù)制性好,機(jī)械強(qiáng)度高,制造工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格便宜。
類(lèi)別
熱電偶類(lèi)別 | 代號(hào) | 分度號(hào) | 測(cè)溫范圍 | 允許偏差限 |
鉑銠30-鉑銠6 | WRR | B | 0- | ±0.25%t |
鉑銠10-鉑 | WRP | S | 0- | ±0.25%t |
鎳鉻-鎳硅 | WRN | K | 0- | ±0.75%t |
鎳鉻-康銅 | WRE | E | 0- | ±0.75%t |
鉑銠13-鉑 | WRB | R | 0 | ±0.25%t |
熱電偶公稱(chēng)壓力:一般是指在工作溫度下保護(hù)管所能承受的靜態(tài)外壓而破裂。熱電偶zui小插入深度:應(yīng)不小于其保護(hù)套管外徑的8-10倍(特列產(chǎn)品例外)絕緣電阻:當(dāng)周?chē)?/span>空氣溫度為15-
熱電偶的基本定律
1,均質(zhì)導(dǎo)體定律
由同一種均質(zhì)材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)兩端焊接組成閉合回路,無(wú)論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布,將不產(chǎn)生接觸電勢(shì),溫差電勢(shì)相抵消,回路中總電勢(shì)為零。
可見(jiàn),熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻,由于溫度梯存在,將會(huì)產(chǎn)生附加熱電勢(shì)。
2,中間導(dǎo)體定律
在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體(第三導(dǎo)體),只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同,中間導(dǎo)體的引入對(duì)熱電偶回路總電勢(shì)沒(méi)有影響,這就是中間導(dǎo)體定律。
應(yīng)用:依據(jù)中間導(dǎo)體定律,在熱電偶實(shí)際測(cè)溫應(yīng)用中,常采用熱端焊接、冷端開(kāi)路的形式,冷端經(jīng)連接導(dǎo)線(xiàn)與顯示儀表連接構(gòu)成測(cè)溫系統(tǒng)。
有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線(xiàn)連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值,在導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢(shì)會(huì)使測(cè)量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律,是沒(méi)有這個(gè)誤差的!
3,中間溫度定律
熱電偶回路兩接點(diǎn)(溫度為T、T0)間的熱電勢(shì),等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢(shì)與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢(shì)的代數(shù)和。Tn稱(chēng)中間溫度。
應(yīng)用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線(xiàn)性關(guān)系,當(dāng)冷端溫度不為
來(lái)修正!
4,參考電極定律
這個(gè)定律是專(zhuān)業(yè)人士才研究、關(guān)注的,一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解,簡(jiǎn)單說(shuō)明就是:用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極,假設(shè)鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對(duì),他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。
熱電偶的安裝要求
對(duì)熱電偶與熱電阻的安裝,應(yīng)注意有利于測(cè)溫準(zhǔn)確,安全可考及維修方便,而且不影響設(shè)備運(yùn)行和生產(chǎn)操作.要滿(mǎn)足以上要求,在選擇對(duì)熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時(shí)要注意以下幾點(diǎn):
1、為了使熱電偶和熱電阻的測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)之間有充分的熱交換,應(yīng)合理選擇測(cè)點(diǎn)位置,盡量避免在閥門(mén),彎頭及和設(shè)備的死角附近裝設(shè)熱電偶或熱電阻.
2、帶有保護(hù)套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測(cè)量誤差,熱電偶和熱電阻應(yīng)該有足夠的插入深度:
(1)對(duì)于測(cè)量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應(yīng)將其測(cè)量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝).如被測(cè)流體的管道直徑是
(2)對(duì)于高溫高壓和高速流體的溫度測(cè)量(如主蒸汽溫度),為了減小保護(hù)套對(duì)流體的阻力和防止保護(hù)套在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護(hù)管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護(hù)套管,其插入主蒸汽管道的深度應(yīng)不小于
(3)假如需要測(cè)量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為
(4)當(dāng)測(cè)量原件插入深度超過(guò)
熱電偶的正確使用
正確使用熱電偶不但可以準(zhǔn)確得到溫度的數(shù)值,保證產(chǎn)品合格,而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗,既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。安裝不正確,熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等誤差,它們是熱電偶在使用中的主要誤差。
1、安裝不當(dāng)引入的誤差
如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實(shí)溫度等,換句話(huà)說(shuō),熱電偶不應(yīng)裝在太靠近門(mén)和加熱的地方,插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8~10倍;熱電偶的保護(hù)套管與壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入,因此熱電偶保護(hù)管和爐壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過(guò)
2、絕緣變差而引入的誤差
如熱電偶絕緣了,保護(hù)管和拉線(xiàn)板污垢或鹽渣過(guò)多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良,在高溫下更為嚴(yán)重,這不僅會(huì)引起熱電勢(shì)的損耗而且還會(huì)引入干擾,由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上 。
3、熱惰性引入的誤差
由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測(cè)溫度的變化,在進(jìn)行快速測(cè)量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測(cè)溫環(huán)境許可時(shí),甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測(cè)量滯后,用熱電偶檢測(cè)出的溫度波動(dòng)的振幅較爐溫波動(dòng)的振幅小。測(cè)量滯后越大,熱電偶波動(dòng)的振幅就越小,與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測(cè)溫或控溫時(shí),儀表顯示的溫度雖然波動(dòng)很小,但實(shí)際爐溫的波動(dòng)可能很大。為了準(zhǔn)確的測(cè)量溫度,應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時(shí)間常數(shù),除增加傳熱系數(shù)以外,zui有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導(dǎo)熱性能好的材料,管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。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,但熱電偶容易損壞,應(yīng)及時(shí)校正及更換。
4、熱阻誤差
高溫時(shí),如保護(hù)管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導(dǎo),這時(shí)溫度示值比被測(cè)溫度的真值低。因此,應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔,以減小誤差。
故障處理案例
熱電偶輸入產(chǎn)生故障判別法
按照儀表接線(xiàn)圖進(jìn)行正確接線(xiàn)通電后,儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號(hào),接著顯示儀表量程范圍,再測(cè)儀表下排的數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度,儀表上排數(shù)碼管顯示測(cè)量溫度。若儀表上排數(shù)碼管顯示不是發(fā)熱體的溫度,而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況,說(shuō)明儀表輸入部位產(chǎn)生故障,應(yīng)作如下試驗(yàn):
A)把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下,再用任何一根導(dǎo)線(xiàn)把儀表熱電偶輸入端短路。通電時(shí),儀表上排數(shù)碼管顯示值約為室溫時(shí),說(shuō)明熱電偶內(nèi)部連線(xiàn)開(kāi)路,應(yīng)更換同類(lèi)型熱電偶。若還是以上所說(shuō)的狀況,說(shuō)明儀表在運(yùn)輸過(guò)程中,儀表的輸入端被損壞,要調(diào)換儀表。
B)把上述故障儀表的熱電偶拆去,換用旁邊運(yùn)行正常的同種分度號(hào)儀表上接入的熱電偶,通電后,原故障儀表上排數(shù)碼管顯示發(fā)熱體溫度時(shí),說(shuō)明熱電偶內(nèi)部連線(xiàn)開(kāi)路,更換同類(lèi)型熱電偶。若還是以上所說(shuō)的狀況,說(shuō)明儀表在運(yùn)輸過(guò)程中,儀表的輸入端被損壞,要更換儀表。
C)把有故障的熱電偶從儀表上拆下來(lái),用萬(wàn)用表放在測(cè)量歐姆(R)*1檔,用萬(wàn)用表兩表棒去測(cè)熱電偶兩端,若萬(wàn)用表上顯示的電阻值很大,說(shuō)明熱電偶內(nèi)部連接開(kāi)路,更換同類(lèi)型熱電偶。否則有一定阻值,說(shuō)明儀表輸入端有問(wèn)題,應(yīng)更換儀表。
D)按照儀表接線(xiàn)圖接線(xiàn)正確,若儀表通電后,儀表上排數(shù)碼管顯示有負(fù)值等現(xiàn)象,說(shuō)明接入儀表的熱電偶“+”與“—”接錯(cuò)而造成的。只要重新調(diào)換一下即可。
E)接線(xiàn)正確儀表在運(yùn)行時(shí),儀表上排數(shù)碼管顯示的溫度與實(shí)際測(cè)量的溫度相差40ºC~70ºC。甚至相差更大,說(shuō)明儀表的分度號(hào)與熱電偶的分度號(hào)搞錯(cuò)。按熱電偶分度號(hào)B、S、K、E等熱電偶的溫度(ºC)與毫伏(MV)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看,同樣溫度(ºC)的情況下,產(chǎn)生的毫伏值(MV)B分度號(hào)zui小,S分度號(hào)次小,K分度號(hào)較大,E分度號(hào)zui大,按照此原理來(lái)判別。
溫度補(bǔ)償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)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。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)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(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠
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