熱電偶與熱電阻溫度計在工程中應用

摘要:熱電偶和熱電阻溫度計屬于接觸式溫度計,由于其無法替代的優(yōu)點成為工礦企業(yè)常用的溫度測量元件。正確的安裝熱電偶和熱電阻傳感器是保證其測量精度和使用壽命的重要因素。
1熱電偶的基本原理
　　熱電偶溫度計屬于接觸式溫度測量元件。是根據(jù)熱電效應即塞貝克效應原理來測量溫度的，是溫度測量中常用的測溫元件。將不同材料的導體A、B接成閉合回路接觸測溫點的一-端稱為測量端(或工作端),另-端稱為參比端(或自由端)。若測量端和參比端所處溫度t和t0不同，則在回路的A、B之間就產生熱電勢EAB(t,t0),這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應,即熱電效應。EAB大小隨導體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實際應用中,將A、B的一端焊接在-起作為熱電偶的測量端放到被測溫度t處,而將參比端分開,用導線接人顯示儀表,并保持參比端接點溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測電勢只隨被測溫度t而變化。
　　在熱電偶回路中接人第三種金屬材料時,只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變,即不受第三種金屬接人回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時,可接入測量儀表,測得熱電勢后,即可知道被測介質的溫度。
2熱電偶溫度計的選擇
　　常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。標準熱電偶是指國家標準規(guī)定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統(tǒng)-的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。
　　由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法求補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。
　　熱電偶溫度計在工業(yè)生產中有著非常廣泛的應用，熱電偶的選擇首先應根據(jù)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(jù)被測對象的結構及安裝特點,選擇熱電偶的規(guī)格及尺寸。熱電偶按結構形式可分為普通工業(yè)型、鎧裝型及特殊型等。鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成，它可以做得很細很長,在使用中可以隨測量需要進行彎曲,其特點是:熱情性小熱接點處的熱容量小、壽命較長、適應性強等,應用廣泛。實際測量中，如果測量值偏離實際值太多,除熱電偶安裝位置不當外,還有可能是熱電偶偶絲被氧化、熱電偶測量端焊點出現(xiàn)砂眼等。
3熱電偶測溫的優(yōu)點
3.1測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。
3.2測量范圍廣。常用的熱電偶從-50℃-+1600℃均可連續(xù)測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達+2800℃(如鎢-錸)。
3.3結構簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。
4熱電阻的基本原理
　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一-種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是高的,它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫,而且被制成標準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應用最多的是鉑和銅，此外,現(xiàn)在已開始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
5熱電阻的類型
5.1普通型熱電阻:普通型熱電阻從熱電阻的測溫原理可知,被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此,熱電阻體的引出線等各種導線電阻的變化會給溫度測量帶來影響。
5.2鎧裝熱電阻:鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅實體,它有下列優(yōu)點:1)體積小，內部無空氣隙,熱慣性好，測量滯后小;2)機械性能好、耐振,抗沖擊;3)能彎曲,便于安裝;4)使用壽命長。
5.3端面熱電阻:端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。
5.4隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內，生產現(xiàn)場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區(qū)內具有爆炸危險場所的溫度測量。
6熱電阻測溫的優(yōu)點
　　在工業(yè)應用中，熱電偶一般適用于測量500℃以上的較高溫度。對于500℃以下的中、低溫度,熱電偶的輸出的熱電勢很小，這對二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實現(xiàn)正確測量;而且,在較低溫區(qū)域,冷端溫度的變化所引起的相對誤差也非常突出。
　　所以測量中、低溫度一般使用熱電阻測溫元件較為合適。熱電阻優(yōu)點:1)通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算等配套使用。直接測最各種生產過程中的-200-500℃范圍內液體、蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度;2)毋須補償導線,節(jié)省費用;3)機械強度高,耐壓性能好;4)進口薄膜電阻元件,性能可靠穩(wěn)定。
熱電阻的接線方式有四線制、三線制、二線制三種接法。四線制依靠電路可以完全消除誤差，而三線制可以近似消除誤差，兩線制的誤差一般用于精度要求不高的地方。
7熱電阻和熱電偶的區(qū)別
　　熱電阻和熱電偶的區(qū)別是前者是有源熱感應器件,后者是無源熱點效應器件,熱電阻是本身阻值受溫度變化而產生變化的熱鐓感應元件,它是有源電信號輸出元件,熱電偶是-種由兩種活潑性差異很大的導體金屬熔結的一組感溫原電池，它是無源的，當熔結點的溫度發(fā)生變化時其兩端的原電池電壓也會變化，因此就可無源地輸出電信號,熱電阻多用于常溫或中低溫感應電路而熱電偶則多用于高溫監(jiān)測和控制電路。
　　在電廠的熱力生產過程中.溫度是保證安全，經濟發(fā)電的一個重要參數(shù)。隨著各類工廠自動化改造的日新月異,溫度控制元件的選型完全集中于熱電偶與熱電阻。