「科普」熱電偶和熱電阻的原理與特點

　　熱電偶與熱電阻均屬于溫度測量中的接觸式測溫,盡管其作用相同都是測量物體的溫度,但是他們的原理與特點卻不盡相同。

　　首先,介紹一下熱電偶,熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件主要特點就是測溫范圍寬,性能比較穩(wěn)定,同時結構簡單,動態(tài)響應好,加上轉換變送器更能夠遠傳4-20mA電流信號,便于自動控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應。將兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路,當兩個接點處的溫度不同時,回路中將產(chǎn)生熱電勢,這種現(xiàn)象稱為熱電效應,又稱為塞貝克效應。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢由兩種電勢組成;溫差電是和接觸電勢。

　　溫差電勢是指同一導體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢,不同的導體具有不同的電子密度,所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同,而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時,因為他們的電子密度不同所以產(chǎn)生一定的電子擴散,當他們達到一定的平衡后所形成的電勢,接觸電勢的大小取決于兩種不同導體的材料性質以及他們接觸點的溫度。目前國際上應用的熱電偶具有一個標準規(guī)范,國際上規(guī)定熱電偶分為八個不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測量溫度的最低可測零下270攝氏度,最高可達1800攝氏度,其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。熱電偶的結構有兩種,普通型和鎧裝型。

　　普通型熱電偶一般由熱電極,絕緣管,保護套管和接線盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲,絕緣材料和金屬保護套管三者組合裝配后,經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導線來進行傳遞,這種導線我們稱為補償導線。不同的熱電偶需要不同的補償導線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠離電源,從而使參比端溫度穩(wěn)定。補償導線又分為補償型和延長型兩種,延長導線的化化學成分與被補償?shù)臒犭娕枷嗤?但是實際中,延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬,一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。補償導線的與熱電偶的連線一般都是很明了,熱電偶的正極連接補償導線的紅色線,而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線的材質大部分都采用銅鎳合金。

　　熱電阻雖然在工業(yè)中應用也比較廣泛,但是由于他的測溫范圍使他的應用受到了一定的限制,熱電阻的測溫原理是基于導體或半導體的電阻值隨著溫度的變化而變化的特性。其優(yōu)點也很多,也可以遠傳電信號,靈敏度高,穩(wěn)定性強,互換性以及準確性都比較好,但是需要電源激勵,不能夠瞬時測量溫度的變化。工業(yè)用熱電阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,PT1000鉑熱電阻的測溫的范圍一般為零下200-800攝氏度,銅熱電阻為零下40到140攝氏度。熱電阻和熱電偶一樣的區(qū)分類型,但是他卻不需要補償導線,而且比熱電偶便宜。

　　選型

　　1、被測量對象的正常溫度范圍在300℃以下的選用熱電阻。

　　2、被測量對象的正常溫度范圍在300℃以上的選用熱電偶。

　　安裝與檢修實訓

　　掌握熱電偶與熱電阻的安裝方法;

　　學會使用熱電偶,熱電阻進行溫度測量;

　　掌握熱電偶,熱電阻與二次儀表的接線。

　　安裝要求

　　對熱電阻與熱電偶的安裝,應注意有利于測溫準確,安全可靠及維修方便,而且不影響設備運行和生產(chǎn)操作。要滿足以下要求,在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下2點:

　　1、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失,為了減少測量誤差,熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度:

　　(1) 當測量原件插入深度超過1m時,應盡可能垂直安裝,或加裝支撐架和保護套管。

　　(2) 假如需要測量是煙道內(nèi)煙氣的溫度,盡管煙道直徑為1000mm,熱電偶或熱電阻插入深度500mm即可。

　　(3) 對于測量管道中心流體溫度的熱電偶,一般都應將其測量端插入到管道中心處(垂直安裝或傾斜安裝)。如被測流體的管道直徑是100毫米,那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇50~100毫米(應考慮到安裝底座或法蘭的尺寸);

　　(4)對于高溫高壓和高速流體的溫度測量(如主蒸汽溫度),為了減小保護套管對流體的阻力和防止保護套管在流體作用下發(fā)生斷裂,可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶。淺插式的熱電偶保護套管,其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm;

　　2、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換,應選擇合理測點位置,盡量避免在閥門,彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻。

　　安裝方法

　　1、首先應測量好熱電偶和熱電阻法蘭或者螺紋螺牙的尺寸,加工配套好法蘭或者螺紋底座。

　　2、要根據(jù)法蘭或者螺紋底座的尺寸,在需要測量的管道上開孔。

　　3、法蘭或者螺牙座的焊接。把法蘭座或者螺紋底座插入已開好孔內(nèi),把法蘭座或者螺紋底座與被測量的管道焊接好。

　　4、把熱電偶或熱電阻用螺栓緊固或者螺紋旋進已焊接好的螺紋底座。

　　5、按照接線圖將熱電偶或熱電阻的接線盒接好線,并與表盤上相對應的顯示儀表連接。注意接線盒不可與被測介質管道的管壁相接觸,保證接線盒內(nèi)的溫度不超過100℃范圍。接線盒的出線孔應防因密封不良,水汽灰塵等沉積造成接線端子短路。

　　6、熱電偶或熱電阻安裝的位置,應考慮檢修和維護方便。

　　使用常識

　　1、熱電偶、熱電阻在保管、運輸、攜帶、安裝及使用時應避免劇烈碰撞和顛簸。

　　2、熱電偶、熱電阻當置入測量溫場時避免驟冷驟熱。

　　3、使用時應達到規(guī)定植入深度，否則不能保證測量的準確性。

　　4、應按熱電偶、熱電阻規(guī)定的環(huán)境和氣氛使用，否則將嚴重影響使用壽命和精度。

　　5、被測量溫場的溫度上限應接近測量范圍上限三分之二處，如長期工作在測量范圍上限，則可能影響其壽命。

　　6、在高溫環(huán)境水平安裝時，應充分考慮保護管高溫強度及高溫條件下的形變。

　　7、應充分考慮熱電偶、熱電阻引線給測量精度帶來的影響。熱電偶、熱電阻至顯示儀或變送器的連接線應盡可能短截和使用屏蔽線;使用時應與動力線分開布線，否則將會產(chǎn)生干擾，影響顯示的穩(wěn)定性。