工業(yè)爐上熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的不當(dāng)使用

摘要:通過(guò)6個(gè)故障實(shí)例說(shuō)明了工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)所應(yīng)用的熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線不當(dāng)使用引發(fā)的設(shè)備運(yùn)行事故和生產(chǎn)事故。分析了事故產(chǎn)生的原因。指出了為避免同類生產(chǎn)和設(shè)備事故應(yīng)該采取的關(guān)于工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)熱電偶配套補(bǔ)償導(dǎo)線的配置、運(yùn)行、操作方式的12個(gè)要點(diǎn)以及相關(guān)的技術(shù)措施。
       傳感器的正確、規(guī)范化應(yīng)用是保障測(cè)量與控制設(shè)備正常運(yùn)行、在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)工藝技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)加熱爐作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)常見測(cè)溫傳感器與計(jì)量控制儀表配置和使用不當(dāng)所致的設(shè)備運(yùn)行故障和生產(chǎn)事故。這些故障和事故使溫度計(jì)量和控制不能正確實(shí)現(xiàn)，會(huì)影響熱加工生產(chǎn)的進(jìn)程和作業(yè)效率、造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低;嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使產(chǎn)品批量不合格，甚至造成電爐設(shè)備的損壞導(dǎo)致停產(chǎn)、引發(fā)電爐損壞事故。所以，在工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)必須保證溫度傳感器、裝置儀表使用與配套的合理、規(guī)范。熱電偶是工業(yè)加熱現(xiàn)場(chǎng)常用的測(cè)溫傳感器。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，記錄了--些因熱電偶所用補(bǔ)償導(dǎo)線配置或使用不當(dāng)引發(fā)的典型工業(yè)電爐設(shè)備、生產(chǎn)故障，對(duì)其中的一些關(guān)于補(bǔ)償導(dǎo)線的故障加以分析討論、供從業(yè)人員在工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電爐設(shè)備維護(hù)、管理與生產(chǎn)運(yùn)行工作時(shí)參考。熱電偶只是工業(yè)加熱用電爐溫度顯示和控制系統(tǒng)的一-個(gè)傳感器器件,在以下的分析中,為簡(jiǎn)潔突出重點(diǎn)，除特殊指出外，我們假定供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均為完好無(wú)故障狀態(tài)。
1補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶不配套使用的故障
1.1故障實(shí)例
       熱加工車間1300℃高溫電阻爐大修后試車,發(fā)現(xiàn)在高溫區(qū)1000℃以上溫度指示偏大嚴(yán)重。800℃及以下時(shí)溫度顯示數(shù)值也偏大。
1.2故障現(xiàn)場(chǎng)處理及原因分析
1)處理方法
       熱電偶及顯示儀表在大修時(shí)均進(jìn)行了規(guī)范校正和標(biāo);定，大修后安裝也符合操作施工規(guī)程。本設(shè)備采用的熱電偶為鉑銠10-鉑。按照儀表指示顯示的數(shù)值保持電爐溫度800℃，用毫伏計(jì)測(cè)定變送器輸人端毫伏值和熱電偶輸出端毫伏值，測(cè)得的指示儀表毫伏值雖然與800℃溫度顯示一致，但對(duì)照分度表發(fā)現(xiàn)與鉑銠10-鉑熱電偶的分度值累加冷端溫度校正后的理論毫伏值相差較大.檢查補(bǔ)償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償導(dǎo)線的的材質(zhì)是“銅-康銅”;這類補(bǔ)償導(dǎo)線是和“鎳鉻-鎳硅”熱電偶配套的。而“鉑銠10-鉑”熱電偶配套的應(yīng)該為“銅-銅鎳"補(bǔ)償導(dǎo)線。顯然，補(bǔ)償導(dǎo)線配套選用的錯(cuò)誤導(dǎo)致了溫度測(cè)量的不準(zhǔn):確。更換相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線，故障排除。
2)原因分析
       現(xiàn)場(chǎng)安裝儀表時(shí)，忽略了補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的配套關(guān)系導(dǎo)致故障。熱電偶的測(cè)溫原理建立在冷端溫度恒定的基礎(chǔ)之.上。所以熱電偶的負(fù)極在安裝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)設(shè)置在溫度恒定的區(qū)域，再通過(guò)一定的溫度補(bǔ)償達(dá)到計(jì)量正確的目的;這類溫度補(bǔ)償即冷端補(bǔ)償。要注意的是，補(bǔ)償導(dǎo)線的作用不是補(bǔ)償冷端的電勢(shì);為使熱電偶測(cè)溫電極的冷端溫度恒定，必須將電極延長(zhǎng);但是熱電偶的電極均為貴重金屬，如本例中的鉑銠10-鉑熱電偶，將其電極延長(zhǎng)會(huì)增加設(shè)備的投資成本，所以，通常的做法是用在常溫下(0~100℃)與熱電偶電極材料熱電特性相近的金屬導(dǎo)線將熱電極的冷端延伸到遠(yuǎn)離熱源、溫度穩(wěn)定的區(qū)域，這種材料的導(dǎo)線稱為延長(zhǎng)導(dǎo)線或補(bǔ)償導(dǎo)線，顯然,補(bǔ)償導(dǎo)線的功能在于“補(bǔ)償熱電極長(zhǎng)度的不足”。按照補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電極熱電特性在常溫下相近的思路，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶是配套使用的。
1.3故障1揭示的要點(diǎn)
(1)補(bǔ)償導(dǎo)線僅起到延長(zhǎng)電極的作用，其長(zhǎng)度在熱電偶允許裝置的距離內(nèi)不影響計(jì)量效果。(因?yàn)闊犭妱?shì)僅與材料有關(guān))
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)與所采用的熱電偶配套使用。
(3)補(bǔ)償導(dǎo)線的工況在0~100℃。
1.4與故障1相關(guān)的技術(shù)措施
(1)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線要根據(jù)所處的環(huán)境溫度和現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行選擇。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度情況選擇相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線護(hù)套，環(huán)境溫度為-25~105℃時(shí)應(yīng)該選擇聚氟乙烯護(hù)套，環(huán)境溫度為-60~205℃時(shí)選擇聚全氟Z烯護(hù)套，在-60~260℃時(shí)選擇聚四氟乙烯為護(hù)套。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶配套對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。表1選自文獻(xiàn)[1]和GB/T4889--94《熱電偶用補(bǔ)償導(dǎo)線》。補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣著色及護(hù)套著色也可以采用IEC-584-3推薦的標(biāo)準(zhǔn)，可查閱GB/T4889--94的附表。熱電偶的分度值查閱常用手冊(cè)可得到12.”。

2補(bǔ)償導(dǎo)線、熱電偶正負(fù)極錯(cuò)用的故障
2.1故障實(shí)例2
       熱處理車間一電阻爐，儀表周期送檢校驗(yàn)合格、準(zhǔn)予繼續(xù)使用，重新原位安裝后出現(xiàn)沒(méi)有溫度指示。
2.2故障現(xiàn)場(chǎng)處理及原因分析
(1)處理方法:儀表及熱電偶原運(yùn)行正常，檢定合格。出現(xiàn)這樣的問(wèn)題主要從安裝角度考慮。現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)儀表指針?lè)聪蚱D(zhuǎn)，說(shuō)明線路連接沒(méi)有問(wèn)題。用毫伏表測(cè)量熱電偶和儀表輸人端，發(fā)現(xiàn)為熱電偶正負(fù)極接反,調(diào)整熱電偶正負(fù)極，儀表指示正常但發(fā)現(xiàn)指示溫度值比實(shí)際溫度值偏小，詢問(wèn)檢定人員和現(xiàn)場(chǎng)安裝人員，排除冷端補(bǔ)償和零點(diǎn)校正問(wèn)題的可能。觀察發(fā)現(xiàn)熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極也為反接，調(diào)整為正確的正負(fù)極接法，設(shè)備恢復(fù)正常。.
(2)原因分析:熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線之所以能夠?qū)囟刃盘?hào)轉(zhuǎn)化為電勢(shì)信號(hào)，是由于不同金屬在相同的溫差下產(chǎn)生的電勢(shì)不同。這樣就使得熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線的不同電極相對(duì)輸出端具有正負(fù)極性。極性接反自然使得儀表不能顯示。本例中熱電偶極性錯(cuò)誤使得儀表出現(xiàn)反向偏轉(zhuǎn),表現(xiàn)為沒(méi)有溫度顯示;在第1次進(jìn)行調(diào)整時(shí)，沒(méi)有同時(shí)調(diào)整補(bǔ)償導(dǎo)線，補(bǔ)償導(dǎo)線的電勢(shì)與熱電偶電勢(shì)反向疊加，輸出電勢(shì)變小，表現(xiàn)為儀表指示溫度較實(shí)際溫度偏低。
2.3故障2揭示的要點(diǎn)
(1)熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線均具有極性，不能接反。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶的極性應(yīng)對(duì)應(yīng)一致。
(3)進(jìn)行熱電偶校驗(yàn)時(shí)最好和現(xiàn)場(chǎng)配套的補(bǔ)償導(dǎo)線一并校驗(yàn)。
3冷端補(bǔ)償不足故障
3.1故障實(shí)例3
       某熱處理車間電爐溫度控制器采用熱電偶作為測(cè)溫傳感器。儀表大修檢定校驗(yàn)后出現(xiàn)大批溫度控制器指示偏低故障。
3.2故障的現(xiàn)場(chǎng)處理及原因分析
(1)處理方法:實(shí)際測(cè)量溫控器輸入端的毫伏值，計(jì)算出理論溫度，與電爐的實(shí)際溫度對(duì)照，發(fā)現(xiàn)溫度變送器存在零點(diǎn)調(diào)整偏低問(wèn)題。校正溫控器零點(diǎn),故障排除。
(2)原因分析:這實(shí)際上是-一個(gè)冷端補(bǔ)償問(wèn)題。熱電偶的冷端溫度理論值是0℃。但工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，熱電偶的冷端通常在室溫環(huán)境下。溫度變送器輸人端接收的電勢(shì)V等于熱電偶所產(chǎn)生的電勢(shì)E減去冷端電勢(shì)(環(huán)境溫度電勢(shì))E2。即，V=E-E2。在儀表校驗(yàn)室，室溫較低，冷端產(chǎn)生的熱電勢(shì)為E2s;在設(shè)備安裝現(xiàn)場(chǎng)，室溫高于校驗(yàn)室，此時(shí)的冷端熱電勢(shì)為E2n。這樣就使得儀表輸人電勢(shì)V在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)較儀表校驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)偏低的現(xiàn)象。本例中，現(xiàn)場(chǎng)維修工認(rèn)為補(bǔ)償導(dǎo)線已經(jīng)起到了補(bǔ)償作用，這是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。事實(shí)上，在應(yīng)用補(bǔ)償導(dǎo)線使熱電偶冷端達(dá)到溫度相對(duì)穩(wěn)定后,還應(yīng)該按照實(shí)際運(yùn)行的冷端溫度進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償,常用的簡(jiǎn)便方法是調(diào)整儀表的零點(diǎn)達(dá)到補(bǔ)償目的。也就是說(shuō)，補(bǔ)償導(dǎo)線只起到延長(zhǎng)冷端的作用，并不能補(bǔ)償冷端溫度不為0℃所造成的溫度測(cè)量誤差(因?yàn)闊犭娕嫉姆侄戎凳且岳涠?℃設(shè)置的)。從補(bǔ)償導(dǎo)線的作用來(lái)說(shuō)，補(bǔ)償名不副實(shí)，還是稱做延長(zhǎng)導(dǎo)線更符合其實(shí)際功能。
3.3故障3揭示的要點(diǎn)
(1)補(bǔ)償導(dǎo)線只能延長(zhǎng)冷端，不能補(bǔ)償冷端溫度不為0℃所造成的測(cè)量誤差。
(2)當(dāng)熱電偶冷端不為0℃，應(yīng)采取冷端電勢(shì)補(bǔ)償措施。
(3)熱電偶的校準(zhǔn)應(yīng)考慮使用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際室溫;當(dāng)因季節(jié)導(dǎo)致熱電偶冷端所處室溫改變時(shí),應(yīng)校準(zhǔn)儀表零位。
3.4與故障3相關(guān)的技術(shù)措施
       冷端補(bǔ)償?shù)姆椒ㄓ?種，分別是冰浴法、冷端校正法、校正儀表零點(diǎn)法、補(bǔ)償電橋法、補(bǔ)償熱電偶法。本例中采用的是其中第3種。具體的作業(yè)方法可參見相關(guān)手冊(cè)。
4補(bǔ)償導(dǎo)線的安裝故障
4.1故障實(shí)例4
       某熱加工電阻爐采用熱電偶作為測(cè)溫裝置,正常運(yùn)行半年后出現(xiàn)溫度指示指針上下擺動(dòng)，穩(wěn)定時(shí)指針指向最大。
4.1.1故障現(xiàn)場(chǎng)處理
       檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常，觀察補(bǔ)償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償導(dǎo)線與指示儀表接線處為導(dǎo)線直接纏繞在接線螺釘上，運(yùn)行后發(fā)熱、燒蝕，造成接點(diǎn)接觸不良。重新處理接頭，原補(bǔ)償導(dǎo)線為銅-銅鎳，在其兩端壓接銅線鼻子(接線端子),并錫焊,連接處涂抹中性凡士林膏防腐蝕。設(shè)備恢復(fù)正常，并長(zhǎng)期運(yùn)行無(wú)故障。
4.1.2故障原因分析
       補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表輸人端接觸電阻增大，使得儀表輸人端的電勢(shì)增高。
4.2故障實(shí)例5
       采用熱電偶作為測(cè)溫裝置的電阻爐，運(yùn)行中出現(xiàn)溫度指示儀表指針.上下擺動(dòng)，有時(shí)指示溫度正常，有時(shí)沒(méi)有溫度顯示。
4.2.1故障現(xiàn)場(chǎng)處理
       同樣檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常，觀察補(bǔ)償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償導(dǎo)線正極有一處與設(shè)備外殼接觸處破損接地。
4.2.2故障原因分析
       當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線接地時(shí)，無(wú)信號(hào)輸出到指示儀表;當(dāng)接地處因某種原因(牽拉或者移動(dòng))暫時(shí)脫離接地時(shí)，設(shè)備正常;出現(xiàn)斷續(xù)接地時(shí)，顯示指針上下波動(dòng)。
4.3故障實(shí)例6
      故障5中的電阻爐，一次大修后出現(xiàn)指示儀表指針.上下波動(dòng)不穩(wěn)定但波動(dòng)幅度不大。觀察還發(fā)現(xiàn)升溫過(guò)程中，此波動(dòng)明顯;電爐保溫時(shí)穩(wěn)定或者偶有波動(dòng)。
4.3.1故障現(xiàn)場(chǎng)處理
       觀察發(fā)現(xiàn)溫度顯示儀表的指針波動(dòng)與加熱電流變化相關(guān)。檢查補(bǔ)償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)償導(dǎo)線與電阻爐加熱電源主電線同向且捆扎-起敷設(shè)。單獨(dú)敷設(shè)補(bǔ)償導(dǎo)線和儀表連接線，使補(bǔ)償導(dǎo)線與主電源線隔離，故障排除。
4.3.2故障原因分析
       補(bǔ)償導(dǎo)線受到主電源的電磁干擾。
4.4故障揭示的要點(diǎn)
(1)補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣及保護(hù)套管應(yīng)完好，發(fā)現(xiàn)有絕緣破壞或者老化現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)更換。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶和指示儀表或變送器連接應(yīng)牢固可靠。補(bǔ)償導(dǎo)線的接頭應(yīng)采用接線端子焊接或壓接,并做必要的防腐措施。
(3)補(bǔ)償導(dǎo)線及儀表信號(hào)線不得與高電壓電源線同管或接近敷設(shè)，避免電磁干擾。
5結(jié)語(yǔ)
       因熱電偶的配置、運(yùn)行方式不當(dāng)引起設(shè)備不能正常工作、影響產(chǎn)品質(zhì)量的問(wèn)題在熱加工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)。補(bǔ)償導(dǎo)線是其中的一一個(gè)重要故障點(diǎn)。在熱電偶的使用、維護(hù)中，應(yīng)當(dāng)以規(guī)范化的作業(yè)手段進(jìn)行安裝和運(yùn)行工作。補(bǔ)償導(dǎo)線配置、運(yùn)行方式的規(guī)范化是熱加工、化工生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行中的一-項(xiàng)重要課題，需要從業(yè)人員在實(shí)踐中結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識(shí)不斷完善、避免設(shè)備和生產(chǎn)事故的發(fā)生。