測溫系統中熱電偶的選擇

摘要:從8個方面闡述了在熱電偶測溫系統中選擇熱電偶的方法。
　　隨著現代科學的進步和工業生產的迅速發展，溫度檢測在一般熱工生產流程中占有大比重,而且要求在一定的溫度范圍內進行,因此溫度的測量是必不可少的,在日常生活、工農業和科學各個領域,溫度的測量與控制都占有重要的地位。如何正確選用熱電偶測溫系統已經成為目前一個重要課題。
　　在工業應用中，熱電偶的選擇首先應根據被測溫度的上限，正確地選擇熱電偶的熱電極及保護套管;根據被測對象的結構及安裝特點,選擇熱電偶的規格及尺寸。選擇熱電偶時需考慮下列因素:被測溫度范圍、所需響應時間、連接點類型、熱電偶以及護套材料的抗化學腐蝕能力、抗磨損或抗振動能力、結構形式、安裝裝置的類型、安裝及限制要求等。
1根據被測溫度范圍上限正確選擇熱電偶
　　按照標準化程度,熱電偶分為標準熱電偶和非標準熱電偶,國際電工委員會(簡稱1EC)對被公認性能好材料,制定了統一的標準,共有8種,標準化熱電偶從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準,并指定了分度號為S、B、E、K、R、J、T、7種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶(熱電偶分度表是熱電偶自由端在0℃時的條件下,根據熱電動勢與溫度的函數關系而得到的;熱電偶分度號是表示熱電偶材料的標記符號，不同材料制成的熱電偶的分度具有不同的分度號，用分度號來區別不同的熱電偶)。常用的普通熱電偶主要有:①K分度(鎳鉻--鎳硅)熱電偶;②E分度(鎳鉻-銅鎳)熱電偶;③T分度(銅一銅鎳)熱電偶;④S分度(鉑銠10-鉑)熱電偶;⑤J分度(鐵一銅鎳)熱電偶;⑥B分度(鉑銠30--鉑銠;⑥熱電偶;⑦N分度(鎳鉻硅一鎳硅)熱電偶。
　　根據實踐測試結果顯示:K分度、E分度、S分度這3種熱電偶在相同溫度下,S分度熱電偶熱電勢最小;E分度熱電偶熱電勢最大;K分度熱電偶的熱電勢與溫度的線性關系最好;E分度熱電偶的熱電勢與溫度的線性關系最差;S分度熱電偶的精度最高。在選用不同的熱電偶時,應予參考。
　　熱電偶的選用首先應根據被測溫度范圍的上限而正確選用,要知道熱電偶的測溫范圍是多少。因為熱電偶的分度號很多,不同的分度號對應不同的測溫范圍。例如:測溫范圍在600℃左右,那么.就選用E分度號的比較好,K分度的也可以用,如果你選擇B分度號的那肯定也可以用,但其價格太高，所以在選擇的同時也要兼顧熱電偶性價比因素，價格適中,經濟適用。
　　在工業中，目前最常用的熱電偶有K分度、E分度及T分度熱電偶,K分度熱電偶的測溫范圍是-40C~+1100℃;E分度熱電偶的測溫范圍是一40℃~+800℃;T分度熱電偶的測溫范圍是一40℃~十350℃。鍋爐爐頂壁溫熱電偶，采用直徑為.4mm的鎧裝熱電偶作為感溫元伴(成電纜狀)。測量端緊貼在不同曲面的導熱板上,安裝方式為三點焊或用M8螺母固定,型號一般為WRNT-11(測溫范圍為0℃~600C)或WRET-11(測溫范圍為0℃~800℃)。
2對熱電偶所需響應時間的選擇
　　響應時間以時間常數來表示,時間常數定義為傳感器在被控環境中,在初始值和最終值之間改變63.2%所需的時間。
　　對一般情況來說,熱電偶熱響應時間越小越好,但由于熱電偶制作工藝和熱電偶保護套管的原因導致熱響應時間遲緩,該問題現在已成功解決,僅需要你在訂購熱電偶時加以說明即可。
　　露端式熱電偶具有最快的響應速度,而且探針護套直徑越小,則響應速度就越快,但其最大允許測量溫度也就低。
　　當用時間常數大的熱電偶測溫或控溫時,儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。為了準確的測量溫度,應當選擇時間常數小的熱電偶,時間常數與傳熱系數成反比，與熱電偶熱端的直徑和材料的密度及比熱成正比,如要減小時間常數,除增加傳熱系數以外,最有效的辦法是盡量減少熱電偶熱端的尺寸。
3熱電偶連接點類型的選擇
　　熱電偶測量端連接點是處于被測溫度上的熱電偶連接點部分,參考端連接點則是保持在一個已知溫度上或溫度變化能自動補償的熱電偶連接點部分。
　　熱電偶延伸線是一對具有與其相連熱電偶相同溫度和相同電磁頻率特征的專用導線，而非普通導線(最次為銅導線),當連接合適時,延伸線將參考端連接點從熱電偶轉接至線的另一端，而這一端通常位于被控環境中。
　　連接點類型為接殼式熱電偶連接點與探針壁為物理連接(焊接),這能實現很好的熱傳輸--即從外部通過探針壁將熱量傳至熱電偶連接點。建議用接殼式熱電偶來測量靜態或流動腐蝕性氣體與液體的溫度以及一些高壓場合應用。在絕緣式熱電偶中,熱電偶連接點與探針壁分開并由一種軟性粉末包圍。雖然絕緣式熱電偶的響應速度比接殼式熱電偶的響應速度要慢,但它能提供電絕緣。建議使用絕緣式熱電偶來測量腐蝕性環境，可理想地通過護套屏蔽來將熱電偶與周圍環境完全電絕緣。露端式熱電偶允許連接點頂端深人到周圍環境中,這種類型可提供最佳的響應時間,但僅限于在非腐蝕、非危險及非加壓應用中使用。
4對熱電偶及護套材料的抗化學腐蝕能力的選擇
　　由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化,存在測量滯后,在進行快速測量時這種影響尤為突出,所以應盡可能采用熱電極較細而保護管直徑較小的熱電偶(測溫環境許可時,甚至可將其保護管取去)。使用中,通常采用導熱性能好的材料,采用管壁薄內徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中,使用無保護套管的裸絲熱電偶,但是熱電偶容易損壞,應及時校正及更換。
對于熱電偶及護套材料的抗化學腐蝕能力,很多使用單位由于各種原因，會把熱電偶直接插人物料里測溫(這是正常的),如果物料的腐蝕性強,那么在這種情況下,訂購時就一定要加以說明。一般性的熱電偶保護套管抗腐蝕性還是比較差的,不能使用普通套管去測量腐蝕性強的介質，那將會大大縮短熱電偶的使用壽命。此時那就需要選購防腐熱電偶。
5對熱電偶抗磨損或抗震動能力的選擇.
　　有些使用單位的工況條件惡劣,例如水泥生產工藝線上有些地方的溫度不但比較高,而且有流動性的物體沖刷熱電偶,在這種情況時就對熱電偶的要求比較高,這就要求熱電偶及護套材料既要能耐磨又要有很好的抗震能力,這時在選型時要加以說明,這一點也是很重要的。
6對熱電偶結構形式的選擇
　　根據熱電偶的結構不同,一般可分為普通型(裝配型)、鎧裝熱偶和薄膜熱電偶3種,普通型熱電偶的熱電偶絲套有耐熱絕緣套管(如瓷珠)并裝在瓷或金屬的保護管內;鎧裝熱電偶則將熱電偶絲、絕緣材料和金屬管三者組合加工而成為堅實組合體;薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜制成的一種特殊結構的熱電偶。
　　普通型熱電偶主要用于測量管道和設備內介質的溫度,根據測溫范圍和環境氣氛不同,選擇的熱電偶和保護管也不同。其安裝時的連接形式有螺紋連接和法蘭連接等。
　　鎧裝熱電偶由于結構的特殊性,具有以下優點:小型化,體積小，熱容量小,具有較小的熱慣性,對被測溫度反應快,時間常數小。鎧裝熱電偶是一種很細的整體組合結構,機械性能好，結實牢固,抗震動和抗沖擊,柔性大,可以彎成各種形狀,它適用于結構復雜的對象(如狹小且須彎曲場所),可直接測量各種生產過程中從0℃~1800℃范圍內的液體、蒸汽和介質以及固體表面的溫度。
　　薄膜熱電偶的測量端既小又薄,熱容量小,可用于小面積上的溫度及瞬變的表面溫度的測量。
7對熱電偶安裝裝置f的類型選擇
　　這一點在現場安裝時是非常重要的。在選用熱電偶時,要知道使用的工作現場有沒有現成的裝置，如果有一定要提供,熱電偶廠商會根據你的現場裝置在熱電偶.上焊接相應的裝置。例如你的測溫點已經有一片DN40的法蘭,那么就會在熱電偶.上焊接一片與之對應的DN40法蘭,使你購買回去后方便于安裝;如果你的測溫點沒有安裝裝置,但又需要時,你可以要求生產熱電偶的廠商為你配套提供。
8熱電偶的安裝及限制要求方面
　　有些使用單位測溫點的條件苛刻,有的是安裝場所小,有的是有爆炸性等等,那么這種情況也要說明,讓廠家幫助你設計最好，這樣不但可以節省時間還可得到最的服務。
9結束語
　　在熱電偶的選用上,只要充分考慮了以上8點，就基本上能滿足大部分用戶的選擇需要。