火力發(fā)電廠熱電偶測溫的誤差分析

摘要:熱電偶是火力發(fā)電廠最常用的測溫元件,參數(shù)測量事關(guān)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。火力發(fā)電廠熱電偶盡管結(jié)構(gòu)簡單,使用中仍然會產(chǎn)生較大測量誤差。通過對熱電偶測溫精度的分析,了解掌握誤差產(chǎn)生的原因,從而對這些引溫誤差的因素和對熱電偶測溫元件的特性有一定的了解,通過采取必要的措、施,有些誤差是可以避免和減小的，這對提高測量精度,延長使用壽命。
1熱電偶測溫誤差分析及預(yù)防措施
1.1沿測溫元件導(dǎo)熱引起的誤差
1.1.1引起誤差的主要原因有以下三個(gè)方面:①測溫管段向外散熱。②熱電偶插人深度。③熱電偶的壁厚熱電偶的材料。
1.1.2針對以上問題可采取的措施:①對外露部分進(jìn)行保溫,減小管外換系數(shù)。②增加熱電偶插人深度,減小測溫管尺寸,即管徑要細(xì),壁要薄,但與測溫管的強(qiáng)度和壽命有矛盾,因此測溫管多采用陶瓷、不銹鋼材料以降低磨損.③為增加熱系數(shù)選擇測溫點(diǎn)時(shí),要盡量選在管道液體速度較大的地方。
1.2熱輻射弓起的誤差
1.2.1誤差原因:在測量中被測容器壁溫度常與介質(zhì)溫度不致,例如測量鍋爐爐膛溫度時(shí),爐壁溫度要低很多,熱電偶要比器壁溫度高很多,因此它們之間將發(fā)生輻射換熱,在測量較高溫度時(shí),這項(xiàng)誤差要比導(dǎo)熱誤差大很多,被測介質(zhì)溫度越高,誤差也越大。
1.2.2為了正確測定溫度,可以采取以下措施:①在測溫元件外部加同溫屏蔽罩。使測溫元件不直接與器壁進(jìn)行輻射換熱,而只與其溫度接近的屏蔽罩進(jìn)行輻射換熱,從而減小測量誤差。②增加氣流和測溫元件之間的對流換熱系數(shù)。由傳熱學(xué)知道,氣流速度越大,對流換熱系數(shù)越大。因此要將測溫元件插到氣流速度最高的地方,或用其他措施來提高氣流速度，目標(biāo)前用得最多的是抽氣熱電偶。③測溫元件的套管盡量用黑度系數(shù)小的材料或拋光表面。
13熱慣性引起的誤差
1.3.1誤差原因:用熱電偶測量快速變化的溫度時(shí)，由于測溫元件熱慣性的影響,其溫度變化跟不上被測對象的變化，此時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。例如,當(dāng)被測介質(zhì)溫度發(fā)生階躍變化時(shí),熱電偶的溫度變化是逐漸的,經(jīng)過--段時(shí)間才能達(dá)到新的平衡對于經(jīng)常波動(dòng)的被測溫度，動(dòng)態(tài)誤差的出現(xiàn)更為頻繁。
1.3.2為了改善動(dòng)態(tài)誤差,縮短遲滯,減小動(dòng)態(tài)誤差,可采用下面辦法:
①減小熱電偶測量端的體積以減小測量端的熱容。②選用比熱小，導(dǎo)熱好的套管材料，在保證強(qiáng)度下使套管壁厚較小,使測量端緊靠套管端部或在兩者之間填充-些導(dǎo)熱好的材料,或?qū)y量端直接焊在套管端部甚至不用套管使測量端裸露,這樣能減小熱量傳遞中的熱阻。③增大測量端與被測介質(zhì)的接觸面積以增大傳熱系數(shù),但要僅僅是增大測量端的面積而不增大體積。
1.4熱電偶對被測溫場的影響引起的誤差
1.4.1誤差原因:在采用接觸法測溫時(shí),由于熱電偶的置入或接觸,對被測溫場產(chǎn)生影響而引起誤差。例如用接觸法測量薄金屬板的溫度,而物體的表面溫度測量較多的是采用熱電偶,這是因?yàn)闊犭娕加休^寬的測溫范圍,較小的測量端，能測量‘點(diǎn)"的溫度，而且測量的精度較高。但是由于熱電偶結(jié)點(diǎn)接觸于表面,熱量必然要沿?zé)犭娕紝?dǎo)出,使熱電偶與表面接觸處溫度低于表面溫度這個(gè)誤差稱為熱電偶導(dǎo)熱誤差。其次，由于熱電偶的熱電勢值決定于接點(diǎn)的溫度，它和表面溫度有個(gè)差值,這個(gè)誤差稱為熱電偶的接點(diǎn)導(dǎo)熱誤差,它的大小與熱偶絲的直徑熱電偶測量端的接觸形式、被測表面的導(dǎo)熱能力等有關(guān)。
1.4.2為了減小熱電偶導(dǎo)熱誤差,可以采用下面一些辦法:①在保證強(qiáng)度條件下,盡量減小熱電偶絲直徑;②增大熱電偶測量端與被測表面的接觸面積;③為了減小熱電偶絲與周圍介質(zhì)的對流換熱，選擇熱電偶的地方應(yīng)避開氣流。
1.5熱電勢比實(shí)際值偏小
1.5.1熱電極短路或氧化變質(zhì)
15.1.1有的熱電偶使用工況比較惡劣，氧化鋁絕緣子接觸到一些低熔點(diǎn)或含鐵含碳雜質(zhì),導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低;有的現(xiàn)場水汽較大,導(dǎo)致熱電偶受潮;有的是用不當(dāng)致使電極在高溫下氧化變質(zhì);這些因素都會使測量電壓值降低。
1.5.1.2查找原因,對癥處理:①如因潮濕所致,需進(jìn)行千燥;②如因絕緣子損壞所致,則需更換絕緣子;③如因熱電極氧化變質(zhì),在長度允許的情況下,根據(jù)變質(zhì)部位剪去變質(zhì)段或重新焊接;④如因接線柱處積灰等,則清掃積灰。
1.5.2補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣降低
1.5.2.1原因:①最常見的是靠近接線盒部位,溫度高,表面看不出問題,實(shí)際上,補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣膠已經(jīng)在高溫下部分碳化,絕緣強(qiáng)度極低,甚至短路;②使用年限過長,導(dǎo)線老化;③機(jī)械損傷,致使導(dǎo)線絕緣層受到破壞。
1.5.2.2查找原因,對癥處理:①如果損傷較重,或是導(dǎo)線老化,重新更換新的補(bǔ)償線;②如果損傷段較小，則做相應(yīng)包扎處理即可。
1.5.3補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反。因補(bǔ)償導(dǎo)線在一-定范圍內(nèi)的熱電性能與熱電偶是一樣的,如極性接錯(cuò)會增大熱電偶的冷端誤差,造成測量偏差。
1.5.4補(bǔ)償導(dǎo)線型號不對，不同型號的熱電偶要配用相應(yīng)型號的補(bǔ)償導(dǎo)線,如果用錯(cuò)了補(bǔ)償導(dǎo)線,將會帶來測量誤差。如補(bǔ)償導(dǎo)線的分度和極性不明，可以將兩個(gè)線芯的端頭擰在一起浸人沸水中,另--端接該分度的顯示儀表,應(yīng)顯示100攝氏度左右,說明分度號對的,如相差較遠(yuǎn)則是分度號錯(cuò)了。可以用這種方法進(jìn)行型號判斷。
1.5.5冷端環(huán)境溫度不穩(wěn)定
　　使用補(bǔ)償導(dǎo)線的作用，除了能節(jié)省大量的價(jià)格較貴的金屬和便于安裝和線路敷設(shè)外,還有一個(gè)更重要的作用,那就是將熱電偶的參考端從高溫處延長到環(huán)境溫度相對穩(wěn)定的地方,如果所選環(huán)境溫度不穩(wěn)定,不斷波動(dòng)的話,也將會產(chǎn)生測量誤差。
1.5.6溫度補(bǔ)償電阻誤差
　　冷端環(huán)境溫度-般采用溫度補(bǔ)償電阻來實(shí)現(xiàn)，如果此電阻測量溫度精確度不高,或是線性度不好,也將會產(chǎn)生欠補(bǔ)償或者過補(bǔ)償，帶來較大的測量誤差。
1.6未根據(jù)測量工況,合理選用熱電偶
　　熱電偶有貴金屬與賤金屬之分。同貴金屬熱電偶相比,賤金屬熱電偶具有靈敏度高，熱電特性近似線性,可在還原性氣氛中使用,但抗氧化耐腐蝕性欠佳，熱電極均勻性差,高溫穩(wěn)定性差壽命短。貴金屬的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)正好與賤金屬相反。在高溫下其熱電特性較為穩(wěn)定,長期使用的最高溫度可達(dá)1600℃,短期使用溫度可達(dá)1800C,但價(jià)格偏高。對于這種情況,應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況要求選擇相應(yīng)材料的熱電偶。
2結(jié)論
　　通過對熱電偶測溫方法及誤差來源的分析，對熱電偶測溫元件引起誤差的因素有了系統(tǒng)認(rèn)識。熱電偶的不穩(wěn)定性、不均勻性都會引起測量誤差,熱傳導(dǎo)以及熱電偶安裝使用不當(dāng)也會引起測量誤差，另外有一些誤差是由于制造過程或是測量系統(tǒng)及儀器本身存在的誤差,有些則是人為造成的。熟知這些引起測溫誤差的因素和熱電偶測溫元件的特性，可以避免和減小有些誤差。對提高測量精度,延長熱電偶使用壽命有一定幫助。