熱電偶應(yīng)用與相關(guān)問題研究

龔會(huì)茹 李瑞

【摘 要】以推廣熱電偶應(yīng)用為前提，針對(duì)熱電偶運(yùn)用過程中存在的問題展開分析，并且介紹了熱電偶分類與特征，最后闡述了熱電偶應(yīng)用影響因素以及解決對(duì)策，了解到提高熱電偶穩(wěn)定性與安全性的有效舉措，為今后工業(yè)設(shè)備運(yùn)行以及行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】熱電偶；非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；測(cè)量點(diǎn)；熱輻射

隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化程度日益加深，我國工業(yè)設(shè)備日趨完善，現(xiàn)代化水平越來越高，熱電偶作為其重要的組成部分，必須要加以重視，否則就會(huì)因?yàn)槭褂梅椒ú划?dāng)而產(chǎn)生相應(yīng)的誤差，進(jìn)而帶來相應(yīng)的問題，必須要做好熱電偶檢驗(yàn)工作，將誤差控制在最小的范圍內(nèi)。

1 熱電偶的分類及其特點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了熱電偶熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系，有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)分度表，允許存在一定誤差的熱電偶[1]。

非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一般沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于測(cè)量一些特殊的場(chǎng)合，使用范圍和數(shù)量級(jí)比標(biāo)準(zhǔn)熱電偶要小，組成熱電偶的熱電極必須牢固的焊接在一起，兩個(gè)熱電極之間應(yīng)有比較好的絕緣，防止發(fā)生短路；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要牢固可靠，保護(hù)套管要保證熱電極與外界的介質(zhì)充分隔離，以保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作。

2 熱電偶應(yīng)用常見問題

2.1 熱電偶材質(zhì)本身存在不均質(zhì)

熱電偶在進(jìn)行安裝的時(shí)候必須要結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行安裝，在爐內(nèi)安裝的時(shí)候必須要保障其位置在 30 厘米左右，從而局限了熱電偶的檢測(cè)范圍，為了真正的體現(xiàn)出溫度方位只有從測(cè)量端開始的 30 厘米[2]。如果熱電偶處于高溫地區(qū)，就會(huì)因?yàn)椴馁|(zhì)問題而直接影響到檢測(cè)誤差，比如檢測(cè)的時(shí)候，如果熱電偶絲的材質(zhì)是均勻的，那么整個(gè)回路和檢測(cè)結(jié)果與距離并沒有關(guān)系，但是，沒有一個(gè)物質(zhì)是絕對(duì)均勻的，尤其是均勻性比較差的物質(zhì)會(huì)逐步的產(chǎn)生熱動(dòng)式，進(jìn)而形成了誤差。

2.2 熱電偶絲所產(chǎn)生的不均質(zhì)

大部分新的熱電偶在使用的初始階段往往為了能夠滿足電動(dòng)勢(shì)的需求，隨著時(shí)間的推移，就會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)一定的形變，比如工業(yè)爐內(nèi)的熱電偶就會(huì)隨著熱電偶絲的溫度增強(qiáng)不斷的惡化一部分，所有的溫度梯度場(chǎng)就會(huì)隨之疊加，并且會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。在進(jìn)行實(shí)際檢查的時(shí)候，往往會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)熱電偶部件出現(xiàn)問題，一旦進(jìn)行常規(guī)設(shè)備檢查的時(shí)候，其本身是合格的，主要就是因?yàn)椴痪鶆驘犭娕冀z產(chǎn)生的。即熱電偶的不合格率和它的檢測(cè)長度變化成正比，如果熱電偶絲材質(zhì)沒有發(fā)生影響，那么電動(dòng)勢(shì)所帶來的誤差和自身不同材料和溫度也有著十分緊密的聯(lián)系。

2.3熱電偶的分流誤差

滲碳爐中的熱電偶往往會(huì)因?yàn)楣ぷ鞑痪弥蟪霈F(xiàn)計(jì)量誤差，其主要原因就是因?yàn)闊犭娕嫉姆至髡`差造成的。一般測(cè)量爐溫的時(shí)候會(huì)選擇鎧裝熱電偶。如果溫度超過 800℃之后，就會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻下降，熱電偶值出現(xiàn)了異常[3]。必須要結(jié)合均質(zhì)回路定則，熱電偶測(cè)溫往往與測(cè)量端和參考端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無關(guān)。但是因?yàn)殒z裝熱電偶絕緣物往往屬于粉末狀氧化鎂，溫度每升高100℃就會(huì)降低絕緣電阻，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致分流過程中產(chǎn)生了一定的誤差。

3 熱電偶實(shí)際應(yīng)用

3.1 熱電偶應(yīng)用影響因素

3.1.1 測(cè)量點(diǎn)的位置

測(cè)量點(diǎn)在選擇的時(shí)候必須要重視測(cè)量位置的選擇，尤其在生產(chǎn)過程中必須要嚴(yán)格的控制角度進(jìn)行調(diào)整，熱電偶安裝完成之后，往往會(huì)在傳感器較長的方向產(chǎn)生熱流，大部分情況下，如果環(huán)境溫度比較低就會(huì)出現(xiàn)比較嚴(yán)重的熱損失，所以，被測(cè)物體溫度過高或者過低的時(shí)候都會(huì)與熱電偶產(chǎn)生一定的溫差，熱傳導(dǎo)過程中的誤差和測(cè)量點(diǎn)位置息息相關(guān)，與位置和管材的材料有著緊密的聯(lián)系。目前，比較常見的管材包括了金屬管以及陶瓷材料，金屬材料本身的傳熱性比較高，往往會(huì)設(shè)計(jì)較深的位置，陶瓷材料選擇的位置比較淺，工程測(cè)量和插入深度與測(cè)量的對(duì)象有著十分緊密的聯(lián)系，比如流動(dòng)的液體以及氣流溫度等測(cè)量程序會(huì)更加繁瑣，其主要數(shù)據(jù)必須要由實(shí)際的檢測(cè)過程決定。

3.1.2 熱輻射的影響

如果爐內(nèi)的溫度比較高，熱電偶就會(huì)因?yàn)闊彷椛涠霈F(xiàn)加熱的現(xiàn)象，如果爐內(nèi)的氣體出現(xiàn)了變化，就會(huì)導(dǎo)致熱電偶和爐壁之間存在著溫差，在進(jìn)行能量交換的時(shí)候也會(huì)存在著誤差，熱阻抗就會(huì)增加。如果測(cè)量物質(zhì)為熔體的時(shí)候可以根據(jù)爐渣的沉積現(xiàn)象增加熱電偶的相應(yīng)時(shí)間，從而會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)降低。為了能夠有效的減少檢測(cè)誤差，必須要做好抽檢工作，比如連續(xù)高溫感應(yīng)熱電偶以及消耗類型進(jìn)行檢測(cè)，在校準(zhǔn)連續(xù)的時(shí)候?qū)犭娕歼M(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。

3.2解決熱電偶中存在問題的主要措施

3.2.1 鎧裝熱電偶直徑

對(duì)于長度為9m的 K 型鎧裝熱電偶，往往會(huì)在進(jìn)行熱電偶中間部位加熱。根據(jù)多年來的實(shí)驗(yàn)表明，分流誤差大小和直徑平方根成反比，分流誤差與直徑有著十分緊密的聯(lián)系，隨著直徑越細(xì)，分流誤差就會(huì)越大。所以，為了能夠減少分流誤差帶來的影響必須要選擇直徑比較大的鎧裝熱電偶。

3.2.2 中間部位的溫度

熱電偶中間穩(wěn)定過高也是形成分流誤差的主要因素之一，所以，在進(jìn)行熱電偶檢測(cè)的時(shí)候，應(yīng)該盡量的避免在高溫的狀態(tài)下，將溫度控制在 800℃以下，同時(shí)還必須要控制好測(cè)溫距離，一般情況下測(cè)量端的距離越遠(yuǎn)，所產(chǎn)生的分流誤差也就會(huì)越大，所以，必須要盡量的避免在測(cè)量端位置加熱。

3.2.3 熱電偶絲的電阻

如果鎧裝熱電偶直徑相同的時(shí)候，分流誤差就會(huì)隨著熱電偶絲的電阻增大而增加，所以，為了能夠有效的減少誤差的出現(xiàn)，必須要將電阻控制在最小的范圍內(nèi)，最好選擇電阻比較小的熱電偶絲。

結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)如今熱電偶的使用在工業(yè)行業(yè)中已經(jīng)非常普遍，尤其是溫度傳感器，盡管該傳感器的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但若實(shí)際應(yīng)用期間缺乏對(duì)細(xì)節(jié)的重視，必然會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差。為此，操作人員需要使用有效舉措消除誤差，提升檢驗(yàn)水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]董清鋒，張飛，李曉宏，陳菲.熱電偶在循環(huán)流化床氣化爐應(yīng)用中的問題與對(duì)策[J].化工自動(dòng)化及儀表，2017，44（12）：1175-1177+1184.

[2]劉洪波.XDB-WRKK-A新型表面測(cè)溫?zé)犭娕荚跉饣癄t的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表，2017，32（06）：68-70.

[3]郝曉劍，段向港，昝清波，張根甫，周漢昌.階躍溫度場(chǎng)在熱電偶時(shí)間常數(shù)測(cè)試中的應(yīng)用[J].中國科技論文，2017，12（11）：1285-1289.