热电偶温度计
热电偶实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对于热电偶的热电势,应注意如下几个问题:
1、热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差,而不是热电偶冷端与工作端两端温度函数的差;
2、热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无关,只与热电偶材料的成份和两端的温差有关;
3、当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差有关;若热电偶冷端的温度保持一定,这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
用途:用于测量各种温度物体,测量范围极大,远远大于酒精、水银温度计。它适用于炼钢炉、炼焦炉等高温地区,也可测量液态氢、液态氮等低温物体。
常见温差电序如下:
Bi-Ni-Co-K-Rb-Ca-Pd-Na-Hg-Pr-Ta-Al-Mn-Pb-Sn-Cs-W-Tl-In-Ir-Ag-Re——Cu-Au-Cd-Zn-Mo-Ce-Li-Fe-Sb-Ge-Te-Se。
首先热电偶和热电阻的安装应尽可能保持垂直,以防止保护套管在高温下产生变形,但在有流速的情况下,则必须迎着被测介质的流向插入,以保证测温元件与流体的充分接触以保证其测量精度。
另外热电偶和热电阻应尽量安装在有保护层的管道内,以防止热量散失。其次当热电偶和热电阻传感器安装在负压管道中时,必须保证测量处具有良好的密封性,以防止外界冷空气进入,使读数偏低。
当热电偶和热电阻传感器安装在户外时,热电偶和热电阻传感器的接线盒面盖应向上,入线口应向下,以避免雨水或灰尘进入接线盒,而损坏热电偶和热电阻接线盒内的接线影响其测量精度。
应经常检查热电偶和热电阻温度计各处的接线情况,特别是热电偶温度计由于其补偿导线的材料硬度较高,非常容易从接线柱脱离造成断路故障,因此要接线良好不要过多碰动温度计的接线并经常检查,以获得正确的测量温度。
热电偶安装时应放置在尽可能靠近所要测的温度控制点。为防止热量沿热电偶传走或防止保护管影响被测温度,热电偶应浸入所测流体之中,深度至少为直径的10倍。当测量固体温度时,热电偶应当顶着该材料或与该材料紧密接触。为了使导热误差减至最小,应减小接点附近的温度梯度。
当用热电偶测量管道中的气体温度时,如果管壁温度明显地较高或较低,则热电偶将对之辐射或吸收热量,从而显着改变被测温度。这时,可以用一辐射屏蔽罩来使其温度接近气体温度,采用所谓的屏罩式热电偶。
选择测温点时应具有代表性,例如测量管道中流体温度时,热电偶的测量端应处于管道中流速最大处。一般来说,热电偶的保护套管末端应越过流速中心线。
热电偶在对待测物质进行测温时,位置的选择十分的重要,对其精确度影响较大。一旦位置安装不对,插入深度不达使用标准,热电偶工作误差就会随之增大。而且由于没同物质的导热性能不同,应用热电偶时,要对插入深度进行校正与调整,并反得试验来确度深度,否则误差控制很难到位。
2、热辐射以及导热问题
热辐射范围较大,会对正在测量的热电偶测量端产生辐射热影响,成为测量误差的来源之一。而导热误差则是热电偶本身构造所形成的,其导体导热随着长度的变化会出现温度差,使得温度指示值出现偏差。
3、热电偶动态响应问题
热电偶的动态响应问题是指热电偶进入待测物质后,其指示值响应时间超出了标准响应时间。热电偶是插入式测温,需要测量端与待测物温度无偏差,才能进行电信号的转化。因此,这种响应时间的快速直接影响着其灵敏度。这种灵敏度受构造和使用环境温度条件所影响。静止测量时,热电偶灵敏度高,准确度高。而当待测物质温度是动态变化状态时,热电偶或无法与这种变化保持同步,就会产生动态响应误差,使每一时刻的测量值出现偏差。
4、测量系统漏电引起的问题
热电偶结构存在缺陷,如绝缘层老化开裂而漏电,温度差形成的热电流损失,热电势受影响,导致测量端出示的温度值与实际温度存在温差误差,甚至出现测量值无法显示的故障。
热电偶测温,位置和深选择至关重要。为保证测量准确,要对待测环境进行数据采集分析总结,寻找最佳的检测点来消除测温误差,从而达到温度监测和控制的作用。对于最佳的插入深度,要从热电偶本身结构、材质和保护材质、密封性等方面综合考虑,进行深度检测实线并总结数据变化规律,利用其它工具对其进行分析,从而将最佳深度数据确定下来。
对于测量环境的不同,热电偶插入深度确定同样需要实验确定,才能有效避免测温误差超差问题的出现。
2、热辐射及导热问题的修正
热辐射误差修正方法如下:一是通过对流形式来降低辐射热;二是通过隔离措施控别热交换。
3、热电偶动态响应问题的修正
热电偶动态响应强弱是其灵敏性的表现。提高灵敏性,才能加快热响应速度。可以从加快热传感响应速度和调小滞后时间两方面来校正。研究结果表明,热电偶热响应越快,其接点体积越细小,接触面越大。
因此,进行校正时,可以改变检测端外形,使热电偶接点体积精细化,还要与待测液的接触面积增大,从而缩小热电偶的热响应滞后时间。此外,采用导热性能强,热响应快的材质作热电偶传感器,将动态响应误差降至安全标准内,才能将热电偶的最佳性能发挥出来。
4、测量系统漏电问题的修正
热电偶测温系统有电流变,绝缘层容易老化,必须定期维护、检查和保养,才能避免漏电误差。此外,还可增大热电偶直径,加厚保护层等方法来避免误差超差。
2、合理选用冷端补偿器。
3、插入深度经确定不要随意更改,与被测物质接触距离在10cm以内,保证插入部位为中央部位。
4、热电偶的使用环境要均衡,避免忽冷忽热损伤防瓷骨保护管。
5、设有保护装置的热电偶必须带保护装置进行作业。
6、热电偶保护装置要及时保养维护,发现变薄、开焊、腐蚀等情况立即更换。
7、热电偶接线要按照图纸进行,特别需要注意的是补偿导线的正、负极。
8、特别注意保护补偿导线,防刮伤、折断和电磁干扰等。
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