熱電偶的技術(shù)之溫度控制
熱電偶概述熱電偶是一種感溫元件，是一次儀表。它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系,制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。
在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
熱電偶溫度傳感器的工作原理兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的，其中，直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端)，另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端)；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題：1、熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數(shù)；
2、熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；
3、當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將
熱電偶測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍的選擇兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。
選擇熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測(cè)定對(duì)象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。
1、測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍的選擇使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時(shí)，一般選用B型熱電偶；要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶；使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶；在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶；250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。
2、使用氣氛的選擇S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用，J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛，若使用氣密性比較好的保護(hù)管，對(duì)氣氛的要求就不太嚴(yán)格。
3、耐久性及熱響應(yīng)性的選擇線徑大的熱電偶耐久性好，但響應(yīng)較慢一些，對(duì)于熱容量大的熱電偶，響應(yīng)就慢，測(cè)量梯度大的溫度時(shí)，在溫度控制的情況下，控溫就差。要求響應(yīng)時(shí)間快又要求有一定的耐久性，選擇鎧裝偶比較合適。
4、測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)熱電偶的選擇
運(yùn)動(dòng)物體、振動(dòng)物體、高壓容器的測(cè)溫要求機(jī)械強(qiáng)度高，有化學(xué)污染的氣氛要求有保護(hù)管，有電氣干擾的情況下要求絕緣比較高。
5、注意事項(xiàng)
◆熱電偶[1]公稱壓力：一般是指在工作溫度下保護(hù)管所能承受的靜態(tài)外壓而破裂。
◆熱電偶最小插入深度：應(yīng)不小于其保護(hù)套管外徑的8－10倍(特列產(chǎn)品例外)
◆絕緣電阻：當(dāng)周?chē)諝鉁囟葹?5－35℃，相對(duì)濕度＜80％時(shí)絕緣電阻≥5兆歐(電壓100V)。具有防濺式接線盒的熱電偶，當(dāng)相對(duì)溫度為93±3℃時(shí)，絕緣電阻≥0.5兆歐(電壓100V)
◆高溫下的絕緣電阻：熱電偶在高溫下，其熱電極(包括雙支式)與保護(hù)管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻(按每米計(jì))應(yīng)大于下表規(guī)定的值。
鎢錸熱電偶 最新技術(shù)目前，煉鋼所用的鎢錸熱電偶，在使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)不同程度的不準(zhǔn)、不穩(wěn)、不顯示的質(zhì)量問(wèn)題，給煉鋼測(cè)溫造成很多困難，致使有些鋼廠不得不重新使用價(jià)格昂貴的鉑銠熱電偶，使煉鋼成本大幅提高。
為此，凱曼公司組織工程技術(shù)人員進(jìn)行攻關(guān)，通過(guò)內(nèi)查外訪，用P、D、C、A法經(jīng)過(guò)一年多時(shí)間終于找到了產(chǎn)品質(zhì)量差的根本原因。
于是，他們制定了計(jì)劃措施，對(duì)產(chǎn)品制作工藝進(jìn)行了重大修改。按照新工藝制作的鎢錸熱電偶，不僅質(zhì)量大幅度提高，而且從根本上解決了高溫現(xiàn)場(chǎng)使用所出現(xiàn)的系列問(wèn)題，滿足了煉鋼生產(chǎn)的要求。該產(chǎn)品制作工藝新、不烘烤、不用電且不怕潮，在提高煉鋼產(chǎn)量、質(zhì)量的同時(shí)，也降低了冶煉成本，熱電偶使用量可降低10％～20％。
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