热电偶及其正确使用
发布时间：2017-09-01
1热电偶测温原理
热电偶测温原理基于热电效应,如图1所示,将A、B两种不同材料的导体一端焊接,另一端连为闭合回路,当两端存在温差(t,t0)时,回路就产生热电势,记为EAB(t,t0),此不同导体的组合称热电偶,t端称工作端(热端);t0端称为参考端(冷端)。
2问题的提出和处理途径
实际测温中,热电偶参考端的温度常随环境温度的变化而变化,且它的安装位置是否得当,使用气氛是否适应,直接影响测量数据的准确度,错误的使用将会为正确控制和稳定生产埋下隐患,为达到精确测量温度的目的,下面分5个方面对正确使用热电偶逐一进行论述。
(1)根据实际测温要求,正确选用合适的热电偶及其保护套管
热电偶的正确选用主要考虑的是其使用温度范围及使用气氛,目前我厂用于测温的热电偶型号主要为:铂铑10-铂热电偶,镍铬-镍硅热电偶及铜-康铜热电偶。根据其特性。
(2)补偿导线的正确选用
选用补偿导线要特别注意,它的热电特性只在一定的温度范围(0~100℃之间)与热电偶近似,各种补偿导线只能与相应的热电偶配用,因为不同的补偿导线,其热电特性不同,在同一温度下补偿电势的大小也不同。如使用铂铑10-铂热电偶,错用了镍铬-镍硅的补偿导线,虽极性连接正确,也将造成过补偿,使仪表指示偏高。若极性接错,则造成欠补偿,使仪表指示偏低。因此补偿导线选错,不论极性连接正确与否,都不能反映炉内真实温度,造成错误测量结果,使产品质量低劣,甚至报废。
(3)参考端温度处理
为使热电偶的热电势与测量端温度(t)有单值的函数关系,必须进行参考端温度(t0)处理,即保持参考端温度(t0)恒定,并消除t0≠0所产生的误差,主要应用的方法有计算法、调零法、冰点法、补偿导线法和桥路补偿法。此处介绍计算法和能够自动补正的桥路补偿法。
a)计算法
计算公式:EAB(t,t0) =EAB(t,t0) +EAB(t0′,t0)
式中EAB(t,t0)为工作端温度为t,参考端温度为t0=0时的热电势值;EAB(t,t0′)为工作端温度为t,参考端温度为t0′≠0时热电势值;EAB(t0′,t0)为工作端温度为t0′参考端温度t0=0时热电势值。
b)桥路补偿法
在热电偶测量电路中,串接一个桥路,当热电偶随参考端温度升高而下降某个毫伏值时,串联在电路中的桥路输出毫伏值正好上升某一值,从而保证热电偶在参考端温度变化时,其输出总值不变,补偿电路如图2。桥路中R1、R2、R3是锰铜绕制的电阻,Rj是用铜或镍线绕制的电阻,后者的温度系数大于锰铜电阻温度系数。
当桥路处温度为0℃时,调整桥路eab=0此时有R1R2=R3Rj
当桥路处温度不为0℃时(高于0℃),由于温度变化使四个桥臂电阻发生变化ΔRj>ΔR1、ΔR2、ΔR3此时a点电位高于b点电位,因桥路串联在热电偶电中,则:eAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t1)+eab(t1)而eab(t1)=eAB(t1)故eAB(t,t0)=eAB(t)即输出总值不变。
目前桥路补偿器基准温度为20℃,在使用时,所配毫伏指针应先从0℃调至20℃,否则指示值比实际值产生20℃偏差。
(4)热电偶的定期检查与检定
热电偶经一段时间使用后,由于热电极的高温挥发,晶粒组织变化,氧化腐蚀等原因,常出现老化变质,使其热电特性改变,造成测温误差。为此必须准确推断劣化程度以便维修更换,同时要做定期检定,以保证精确测量。
对铂铑-铂贵金属热电偶表面有轻中度变质时,应先进行清洗退火处理,之后进行检定,对镍铬-镍硅贱金属热电偶可将变质部分剪除,重新焊接,或将参考端与工作端对调,检定合格后,投入使用。热电偶检定应严格按照国家计量检定规程进行。
(5)正确的安装
a・热电偶的安装地点应避免靠近炉门等热物体和有强磁场的地方; b・接线盒不可与被测介质容器壁或管壁接触; c・禁止将热电偶引线与动力电缆装在同一根导管,接线盒的出线孔应向下,防水气、灰尘等进入接线盒; d・热电偶安装在有压容器上时,必须严格保证其密封性能。
3结束语
通过以上5个方面的工作,对温度的精确测量提供了可靠的保证,然而正确使用热电偶进行温度测量,涉及很多方面,恳请同行对本文的不足之处给予批评指正。
摘自：中国计量测控网
