热电偶工作原理及结构检修岗位1.懂工作原理1.1热电偶测温原理两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生,这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系,利用此关系就可测量温度。
这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。
汤姆逊定理---由温差引起的电势。
当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只与导体材料的成分及两端的温度有关。
因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。
1.2热电偶三大定律均质导体定律由单一均质金属所形成之封闭回路，沿回路上每一点即使改变温度也不会有电流产生。
亦即，E = 0。
由2种均质金属材料A与B所形成的热电偶回路中，热电势E与接点处温度t1、t2的相关函数关系，不受A与B之中间温度t3与t4之影响。
中间金属定律在由A与B所形成之热电偶回路两接合点以外的任意点插入均质的第三金属C，C之两端接合点之温度t3若为相同的话，E不受C插入之影响。
在由A与B所形成之热电偶回路，将A与B的接合点打开并插入均质的金属C 时，A与C接合点的温度与打开前接合点的温度相等的话，E不受C插入的影响。
如右图所示，对由A 与B所形成之热电偶插入第3之中间金属C，形成由A与C、C与B之2组热电偶。
接合点温度保持t1与t2的情况下，E AC + E CB = E AB。
中间温度定律的异种金属A、B、C‧‧‧G所形成的封闭回路，封闭回路之全体或是全部的接合点保持在相等的温度时，此回路的E=0。
如右图所示，A与B 所形成之热电偶，两接合点之温度为t1与t2时之E为E12，t2与t3时之E为E13的话，E12 + E23 = E13。
此时，称t2为中间温度。
以中间温度t2选择如0℃这样的标准温度，求得相对0℃任意的温度t1、t2、t3‧‧‧tn之热电动势，任意两点间之热电动势便可以计算求得。
如右图所示，对于使用补偿导线之热电偶回路适用以上之观念。
A与B为热电偶，C 与D为A、B用之补偿导线，M为数字电压计，计算后可得下面关系式：E = E AB (t1) － E AB (t3)也就是说，M 所测定之电位差是由t1、t3所决定，不受t2之影响。
2.懂设备结构2.1热电偶的结构热电偶是有两根不同导体(或称电极)构成的.这两根导体一端焊接在一起,成为热端(或称工作端),测温时将此端处于被测介质中。
另一端称为冷端(或自由端),接入二次仪表(显示仪表)或电测设备。
a、普通型热电偶:是应用最多的,主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。
根据测温范围及环境的不同,所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同,但因使用条件基本类似,所以这类热电偶已标准化、系列化。
按其安装时的连接方法可分为螺纹连接合法兰连接两种。
b、铠装热电偶:又称缆式热电偶,是由热电极(多数采用的是铂丝,也有用镍丝的)、绝缘材料(通常为氧化镁粉末)和金属保护管三者结合,经拉制而成一个坚实的整体。
铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分,其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。
铠装热电偶的参比端(接线盒)形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。
铠装热电偶具有体积小、精度高、反应迅速、耐震动、耐冲击、机械强度高、可绕性好、寿命长、便于安装等优点。
外形尺寸有φ5、φ6、φ8多种,长度为10~1000mm。
2.2、常用热电偶种类(八种)B型------铂铑30-铂铑6 R型-----铂铑13-铂S型------铂铑10-铂 E型------镍铬-康铜J型------铁-康铜K型------镍铬-镍铝T型------铜-康铜N型------镍铬硅-镍硅其中:B、R、S属于贵金属热电偶;K、E、N、J属于廉金属热电偶; T型热电偶用于测量低温。
3.会异常分析3.1热电偶测温系统常见故障原因及处理方法4.能遵守工艺纪律4.1热电偶安装及注意事项a在管道安装中，感温元件的工作端应置于管道中流速最大处。
热电偶的保护套管的末端应越过流束中心线5~10mm。
b感温元件与被测介质形成逆流，应迎着气流流向插入，至少应与被测介质流束方向成90°。
特别情况下也不能顺流安装测温元件，否则会产生测温误差。
c 插深一般不应小于300mm，如果插入深度不够，外露部分又空气流通，这样所测出的温度比实际温度低3~4度。
d在测温元件安装时，应防止电磁场干扰的引入而影响准确测量。
在接线时一定要确保良好接触，拧紧空心螺栓，然后盖紧接线盒盖子，对不得不露在空中的热电偶最好加防雨措施，以防雨淋损坏元件。
为保护补偿导线不受外来的机械损伤和由于外磁场而造成对仪表的影响，补偿导线应加以屏蔽，并且不准有曲折迂回的情况。
e热电偶和热电阻应尽量垂直装在水平或垂直管道上，安装时应有保护套管，以方便检修和更换。
f测量管道内温度时，元件长度应在管道中心线上（即保护管插入深度应为管径的一半）。
g热电偶的冷端应处在同一环境温度下，应使用同型号的补偿导线，且正负要接对。
h高温区使用耐高温电缆或耐高温补偿线。
4.2必须遵守的工艺纪律如何正确使用热电偶补偿导线摘要：在使用热电偶进行温度测量中,热电偶补偿导线的使用比较普遍。
但经调查发现,很多地方由于没有正确使用补偿导线而出现很多问题。
本文介绍了补偿导线的原理,对常见错误使用的形式进行归纳,同时从理论上分析所产生的偏差,指出正确使用方法和注意事项。
关键词热电偶补偿导线使用方法误差热电偶补偿导线已经广泛用于热电偶温度测量中。
如果了解了热电偶补偿导线的原理、功能、作用方法和注意事项,就能充分发挥热电偶补偿导线的作用,否则就会适得其反。
某钢管生产企业新引进的一套球化炉装置,装置的二十多个测温点由于设备安装人员将热电偶正负极接反,且补偿导线还存在多接头现象,再加上设备使用人员对此知识的贫乏,在工作中因炉温不正确导致炉内产品报废,直接经济损失达一百多万元,教训不可谓不深刻。
实际上在众多热电偶测温现场,笔者发现用普通铜导线作连线的占40%,而使用补偿导线作连接线的仅占60%。
究其原因有二：一是由于热电偶设备使用操作人员不了解补偿导线功能,认为既然只要起到连接作用,普通导线即可。
二是设备制造商在安装热电偶时,用的连接线即为普通导线,而在使用者角度总认为设备安装人员都是专业人员,做法总是正确的,没能引起应有的怀疑。
在工业生产中,虽然热电偶作为温度传感器,已经广泛使用于温度测量和控制,人们对此也比较熟悉,但如果在使用中不注意正确的使用方法,就会给测温和控温造成很大的偏离,严重时会直接造成经济损失,所以应该引起重视。
一、热电偶的测温原理简介由2种不同均质材料a、b组成的回路(见图1)称为热电偶。
a、b材料2端连接的接点分别用j1、j2表示,如果j1、j2的接点温度t1和t2不一样,在回路中就会产生电势,通常称为热电势。
当a、b的材料一定时,热电势的大小取决于t1、t2之间的温度差,用公式表示为eab(t1,t2)=eab(t1)+eba(t2)=eab(t1)-eab(t2) (1)式中：eab(t1,t2)———材料为a、b的热电偶,接点温度t1、t2之间的温差电势。
eab(t1)———a、b接点温度为t1时的电势。
eab(t2)、eba(t1)———a、b接点温度为t2时的电势,这2项大小相等,符号相反。
为了统一热电偶材料并进行规范,国家有关标准规定了组成热电偶材料a、b的成分、纯度,并且给出了a、b材料的组合形式,统一用一个字母命名型号,如k型、s型等。
为了使用方便,将各种型号的热电偶温度值与电势关系,统一为相对于0℃时的电势值,这里用t0表示,制成各种型号的热电偶分度表,便于查阅和计算。
这样相对于图1中的形式,公式(1)转化为eab(t1,t2)=eab(t1,t0)-eab(t2,t0) (2)公式(2)就是我们目前使用的实用公式,只要知道t1、t2,可以从分度表中查出eab(t1,t0)和eab(t2,t0)。
图1中左图为原理图,该图中对于热电势无法测量；右图为目前实际使用的测量电路,在热电偶的2极用测量导线连接,根据热电偶中间导体定律,只要右图中接点j2、j3的温度相同,均为t2,并且连接导线均为同种均质材料,图1中的右图与左图是等效的。
二热电偶补偿导线1. 连接导体定律和中间温度定律首先我们来分析热电偶的连接导体定律和中间温度定律,如图2。
实际应用中,测量和控制仪表与热电偶总是有一段距离,如图2所示。
c、d也是2种均质材料,根据热电偶的中间导体定律,可以导出测量的总电势ez的表达式为：ez=eab(t1,t3)+ecd(t3,t2) (3)式(3)就是热电偶连接导体定律。
如果连接的不是一段,总电势ez同样为各个部分之和。
在图2的测量中,我们希望测量端的总电势为热电偶eab(t1,t2),便于控制仪表测量中不至于中间连接产生附加电势,表达式为：eab(t1,t2)=ez=eab(t1,t3)+eab(t3,t2) (4)式(4)中t3称为中间温度,所以也称为中间温度定律。
这样就要求我们找到某种材料c、d,他的特性为：ecd(t3,t2)=eab(t3,t2)(5)满足式(5)的材料我们称为热电偶的补偿导线。
因为热电偶的种类较多,所以热电偶补偿导线的种类也较多。
2. 在工业温度测量和温度控制中正确使用补偿导线工业温度测量、控制中,热电偶使用的位置总是距测量、控制表(下面简称仪表)有一定的距离,因而从热电偶的输出端到测量、控制表的输入端,需使用补偿导线连接。
由于热电偶和补偿导线均有正负极,故接线时应该正极与正极连接,负极与负极连接。
见图3所示。
图3中由于t3和t2的温度差会给测量带来误差,补偿导线的作用就是补偿t3和t2,不同种类的热电偶,要使用相应型号的补偿导线,不同型号的补偿导线不能混用。
三、常见补偿导线使用中的错误和产生的误差1. 热电偶补偿导线正负极与热电偶接反如果将热电偶补偿导线的正负极与热电偶正负极接反,而热电偶的正负极与仪表的正极连接是正确的,以k型偶为例见图4所示。
这种错误在应用中比较普遍,因为连接后,被控制对象的温度变化趋势与显示仪表是一致的。
加之目前热电偶补偿导线产品很多标注不规范,难以辨认；有些甚至是生产厂家将颜色标错。
下面分析由于这种情况所产生的误差。
如果正确连接,仪表所接收的总热电势为ez=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)=ek(t1,t3)+ek(t3,t2)=ek(t1,t2)(6)因为连接的错误,根据中间导体定律,仪表所接收的总热电势为e′z=ek(t1,t3)+ekx(t3,t2)(7)对于kx延伸型补偿导线,有e′kx(t3,t2)=-ekx(t3,t2)=-ek(t3,t2)(8)计算,仪表测量值由此产生误差为ez′-ez=ek(t1,t3)-ek(t3,t2)-ek(t1,t3)-ek(t3,t2)=2ek(t3,t2)(9)一般工业炉附近的温度,至少比控制间的温度高8℃。