測(cè)溫系統(tǒng)中熱電偶的選擇

摘要:從8個(gè)方面闡述了在熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)中選擇熱電偶的方法。
　　隨著現(xiàn)代科學(xué)的進(jìn)步和工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，溫度檢測(cè)在一般熱工生產(chǎn)流程中占有大比重,而且要求在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行,因此溫度的測(cè)量是必不可少的,在日常生活、工農(nóng)業(yè)和科學(xué)各個(gè)領(lǐng)域,溫度的測(cè)量與控制都占有重要的地位。如何正確選用熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)已經(jīng)成為目前一個(gè)重要課題。
　　在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶的選擇首先應(yīng)根據(jù)被測(cè)溫度的上限，正確地選擇熱電偶的熱電極及保護(hù)套管;根據(jù)被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn),選擇熱電偶的規(guī)格及尺寸。選擇熱電偶時(shí)需考慮下列因素:被測(cè)溫度范圍、所需響應(yīng)時(shí)間、連接點(diǎn)類型、熱電偶以及護(hù)套材料的抗化學(xué)腐蝕能力、抗磨損或抗振動(dòng)能力、結(jié)構(gòu)形式、安裝裝置的類型、安裝及限制要求等。
1根據(jù)被測(cè)溫度范圍上限正確選擇熱電偶
　　按照標(biāo)準(zhǔn)化程度,熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,國(guó)際電工委員會(huì)(簡(jiǎn)稱1EC)對(duì)被公認(rèn)性能好材料,制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),共有8種,標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并指定了分度號(hào)為S、B、E、K、R、J、T、7種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶(熱電偶分度表是熱電偶自由端在0℃時(shí)的條件下,根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系而得到的;熱電偶分度號(hào)是表示熱電偶材料的標(biāo)記符號(hào)，不同材料制成的熱電偶的分度具有不同的分度號(hào)，用分度號(hào)來(lái)區(qū)別不同的熱電偶)。常用的普通熱電偶主要有:①K分度(鎳鉻--鎳硅)熱電偶;②E分度(鎳鉻-銅鎳)熱電偶;③T分度(銅一銅鎳)熱電偶;④S分度(鉑銠10-鉑)熱電偶;⑤J分度(鐵一銅鎳)熱電偶;⑥B分度(鉑銠30--鉑銠;⑥熱電偶;⑦N分度(鎳鉻硅一鎳硅)熱電偶。
　　根據(jù)實(shí)踐測(cè)試結(jié)果顯示:K分度、E分度、S分度這3種熱電偶在相同溫度下,S分度熱電偶熱電勢(shì)最小;E分度熱電偶熱電勢(shì)最大;K分度熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系最好;E分度熱電偶的熱電勢(shì)與溫度的線性關(guān)系最差;S分度熱電偶的精度最高。在選用不同的熱電偶時(shí),應(yīng)予參考。
　　熱電偶的選用首先應(yīng)根據(jù)被測(cè)溫度范圍的上限而正確選用,要知道熱電偶的測(cè)溫范圍是多少。因?yàn)闊犭娕嫉姆侄忍?hào)很多,不同的分度號(hào)對(duì)應(yīng)不同的測(cè)溫范圍。例如:測(cè)溫范圍在600℃左右,那么.就選用E分度號(hào)的比較好,K分度的也可以用,如果你選擇B分度號(hào)的那肯定也可以用,但其價(jià)格太高，所以在選擇的同時(shí)也要兼顧熱電偶性價(jià)比因素，價(jià)格適中,經(jīng)濟(jì)適用。
　　在工業(yè)中，目前最常用的熱電偶有K分度、E分度及T分度熱電偶,K分度熱電偶的測(cè)溫范圍是-40C~+1100℃;E分度熱電偶的測(cè)溫范圍是一40℃~+800℃;T分度熱電偶的測(cè)溫范圍是一40℃~十350℃。鍋爐爐頂壁溫?zé)犭娕?/strong>，采用直徑為.4mm的鎧裝熱電偶作為感溫元伴(成電纜狀)。測(cè)量端緊貼在不同曲面的導(dǎo)熱板上,安裝方式為三點(diǎn)焊或用M8螺母固定,型號(hào)一般為WRNT-11(測(cè)溫范圍為0℃~600C)或WRET-11(測(cè)溫范圍為0℃~800℃)。
2對(duì)熱電偶所需響應(yīng)時(shí)間的選擇
　　響應(yīng)時(shí)間以時(shí)間常數(shù)來(lái)表示,時(shí)間常數(shù)定義為傳感器在被控環(huán)境中,在初始值和最終值之間改變63.2%所需的時(shí)間。
　　對(duì)一般情況來(lái)說(shuō),熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間越小越好,但由于熱電偶制作工藝和熱電偶保護(hù)套管的原因?qū)е聼犴憫?yīng)時(shí)間遲緩,該問(wèn)題現(xiàn)在已成功解決,僅需要你在訂購(gòu)熱電偶時(shí)加以說(shuō)明即可。
　　露端式熱電偶具有最快的響應(yīng)速度,而且探針護(hù)套直徑越小,則響應(yīng)速度就越快,但其最大允許測(cè)量溫度也就低。
　　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和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,最有效的辦法是盡量減少熱電偶熱端的尺寸。
3熱電偶連接點(diǎn)類型的選擇
　　熱電偶測(cè)量端連接點(diǎn)是處于被測(cè)溫度上的熱電偶連接點(diǎn)部分,參考端連接點(diǎn)則是保持在一個(gè)已知溫度上或溫度變化能自動(dòng)補(bǔ)償?shù)臒犭娕歼B接點(diǎn)部分。
　　熱電偶延伸線是一對(duì)具有與其相連熱電偶相同溫度和相同電磁頻率特征的專用導(dǎo)線，而非普通導(dǎo)線(最次為銅導(dǎo)線),當(dāng)連接合適時(shí),延伸線將參考端連接點(diǎn)從熱電偶轉(zhuǎn)接至線的另一端，而這一端通常位于被控環(huán)境中。
　　連接點(diǎn)類型為接殼式熱電偶連接點(diǎn)與探針壁為物理連接(焊接),這能實(shí)現(xiàn)很好的熱傳輸--即從外部通過(guò)探針壁將熱量傳至熱電偶連接點(diǎn)。建議用接殼式熱電偶來(lái)測(cè)量靜態(tài)或流動(dòng)腐蝕性氣體與液體的溫度以及一些高壓場(chǎng)合應(yīng)用。在絕緣式熱電偶中,熱電偶連接點(diǎn)與探針壁分開并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應(yīng)速度比接殼式熱電偶的響應(yīng)速度要慢,但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來(lái)測(cè)量腐蝕性環(huán)境，可理想地通過(guò)護(hù)套屏蔽來(lái)將熱電偶與周圍環(huán)境完全電絕緣。露端式熱電偶允許連接點(diǎn)頂端深人到周圍環(huán)境中,這種類型可提供最佳的響應(yīng)時(shí)間,但僅限于在非腐蝕、非危險(xiǎn)及非加壓應(yīng)用中使用。
4對(duì)熱電偶及護(hù)套材料的抗化學(xué)腐蝕能力的選擇
　　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,存在測(cè)量滯后,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)而保護(hù)管直徑較小的熱電偶(測(cè)溫環(huán)境許可時(shí),甚至可將其保護(hù)管取去)。使用中,通常采用導(dǎo)熱性能好的材料,采用管壁薄內(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,但是熱電偶容易損壞,應(yīng)及時(shí)校正及更換。
對(duì)于熱電偶及護(hù)套材料的抗化學(xué)腐蝕能力,很多使用單位由于各種原因，會(huì)把熱電偶直接插人物料里測(cè)溫(這是正常的),如果物料的腐蝕性強(qiáng),那么在這種情況下,訂購(gòu)時(shí)就一定要加以說(shuō)明。一般性的熱電偶保護(hù)套管抗腐蝕性還是比較差的,不能使用普通套管去測(cè)量腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)，那將會(huì)大大縮短熱電偶的使用壽命。此時(shí)那就需要選購(gòu)防腐熱電偶。
5對(duì)熱電偶抗磨損或抗震動(dòng)能力的選擇.
　　有些使用單位的工況條件惡劣,例如水泥生產(chǎn)工藝線上有些地方的溫度不但比較高,而且有流動(dòng)性的物體沖刷熱電偶,在這種情況時(shí)就對(duì)熱電偶的要求比較高,這就要求熱電偶及護(hù)套材料既要能耐磨又要有很好的抗震能力,這時(shí)在選型時(shí)要加以說(shuō)明,這一點(diǎn)也是很重要的。
6對(duì)熱電偶結(jié)構(gòu)形式的選擇
　　根據(jù)熱電偶的結(jié)構(gòu)不同,一般可分為普通型(裝配型)、鎧裝熱偶和薄膜熱電偶3種,普通型熱電偶的熱電偶絲套有耐熱絕緣套管(如瓷珠)并裝在瓷或金屬的保護(hù)管內(nèi);鎧裝熱電偶則將熱電偶絲、絕緣材料和金屬管三者組合加工而成為堅(jiān)實(shí)組合體;薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜制成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。
　　普通型熱電偶主要用于測(cè)量管道和設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的溫度,根據(jù)測(cè)溫范圍和環(huán)境氣氛不同,選擇的熱電偶和保護(hù)管也不同。其安裝時(shí)的連接形式有螺紋連接和法蘭連接等。
　　鎧裝熱電偶由于結(jié)構(gòu)的特殊性,具有以下優(yōu)點(diǎn):小型化,體積小，熱容量小,具有較小的熱慣性,對(duì)被測(cè)溫度反應(yīng)快,時(shí)間常數(shù)小。鎧裝熱電偶是一種很細(xì)的整體組合結(jié)構(gòu),機(jī)械性能好，結(jié)實(shí)牢固,抗震動(dòng)和抗沖擊,柔性大,可以彎成各種形狀,它適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的對(duì)象(如狹小且須彎曲場(chǎng)所),可直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中從0℃~1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和介質(zhì)以及固體表面的溫度。
　　薄膜熱電偶的測(cè)量端既小又薄,熱容量小,可用于小面積上的溫度及瞬變的表面溫度的測(cè)量。
7對(duì)熱電偶安裝裝置f的類型選擇
　　這一點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)是非常重要的。在選用熱電偶時(shí),要知道使用的工作現(xiàn)場(chǎng)有沒(méi)有現(xiàn)成的裝置，如果有一定要提供,熱電偶廠商會(huì)根據(jù)你的現(xiàn)場(chǎng)裝置在熱電偶.上焊接相應(yīng)的裝置。例如你的測(cè)溫點(diǎn)已經(jīng)有一片DN40的法蘭,那么就會(huì)在熱電偶.上焊接一片與之對(duì)應(yīng)的DN40法蘭,使你購(gòu)買回去后方便于安裝;如果你的測(cè)溫點(diǎn)沒(méi)有安裝裝置,但又需要時(shí),你可以要求生產(chǎn)熱電偶的廠商為你配套提供。
8熱電偶的安裝及限制要求方面
　　有些使用單位測(cè)溫點(diǎn)的條件苛刻,有的是安裝場(chǎng)所小,有的是有爆炸性等等,那么這種情況也要說(shuō)明,讓廠家?guī)椭阍O(shè)計(jì)最好，這樣不但可以節(jié)省時(shí)間還可得到最的服務(wù)。
9結(jié)束語(yǔ)
　　在熱電偶的選用上,只要充分考慮了以上8點(diǎn)，就基本上能滿足大部分用戶的選擇需要。