淺談溫度儀表的選型和安裝

摘要：文章闡述了溫度儀表選型的重要意義，著重從溫度儀表的類型、溫度計(jì)套管以及防爆等級(jí)等多方面介紹溫度儀表的選型和安裝。
       眾所周知，溫度是工業(yè)監(jiān)測和控制系統(tǒng)中基本的參數(shù)，由于人們對工業(yè)系統(tǒng)的要求越來越高，對溫度儀表正確的選型和先進(jìn)的測溫技術(shù)設(shè)備要求也越來越強(qiáng)。一個(gè)基本的測溫系統(tǒng)包括溫度傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，溫度傳感器是測量系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，目前市場常見的有熱電阻和熱電偶以及雙金屬溫度計(jì)。
1熱電阻
       熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度傳感器，它的主要特點(diǎn)是精度高，性能穩(wěn)定。熱電阻的可用的感溫材料很多，有鉑、銅、鎳、鐵等，其中鉑熱電阻的測量精度最高，被廣泛應(yīng)用于各類化工項(xiàng)目。
       熱電阻可分為金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏熱電阻兩大類。金屬熱電阻的電阻值和溫度變化可以公式Rt=Rt0[1+a（t-t0）]來表示，其中Rt為溫度t時(shí)熱電阻輸出阻值；Rt0為溫度t0時(shí)對應(yīng)的阻值；a為溫度系統(tǒng)；半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值和溫度變化可以用公式Rt=AeB/t來表示，其中Rt為溫度t事熱電阻輸出阻值；A/B取決于半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)常數(shù)。
       過去我們常用的熱電阻是三線制的，它要求L1與L2的電阻必須嚴(yán)格相等，才能確保測量的精度；可是實(shí)際工作由于種種原因均為引起電路的不平衡，從而導(dǎo)致測量誤差。為了有效消除誤差，我們引入了四線制的熱電阻，可以有效避免導(dǎo)線電阻的變化而引出的溫度測量誤差[1]。
2熱電偶
       熱電偶測溫范圍非常寬，可測量從-200度到1300度導(dǎo)體溫度，特殊情況下可測到-270和2800度。熱電偶的工作原理是利用賽貝克效應(yīng)，有兩種不同成分的導(dǎo)體A和B組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度差事，回路中就會(huì)有電流通過，此時(shí)兩段就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢的方向和大小與導(dǎo)體材料和兩接點(diǎn)的溫度有關(guān)，從而來測量出導(dǎo)體的溫度。
       由于導(dǎo)體材質(zhì)的不同可把熱電偶分為S/B/E/K/R/J/T七中標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，其中K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅熱電偶）是目前用量最大最常見的金屬熱電偶，其使用溫度為-200度到1300度。K型熱電偶靈敏度高，穩(wěn)定性好，抗氧化性能強(qiáng)，且價(jià)格便宜，稱為了儀表熱電偶選型的首選。但選型中也應(yīng)特別注意K型熱電偶不能直接用于高溫下的硫，還原、氧化交替的氣氛和真空中。
3雙金屬溫度計(jì)
       雙金屬溫度計(jì)是一種測量中低溫度的現(xiàn)場檢測儀表，是基于繞制成環(huán)性彎曲的雙金屬片組成，其中一端固定，另一端受熱便可帶動(dòng)指針旋轉(zhuǎn)，標(biāo)度盤上便可指出所測量的流體溫度。雙金屬與熱電偶原理類似，一般雙金屬被用于低溫就地測量，而熱電偶被用于高溫進(jìn)入控制系統(tǒng)監(jiān)控。
4儀表選型
       了解了以上溫度儀表的類型，還必須了解工藝生產(chǎn)情況，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的溫度范圍、允許誤差、以及是否對溫度進(jìn)行記錄或控制來選擇測溫方法及測溫傳感器的種類、分度號(hào)、等級(jí)以及顯示儀表的種類、量程和精度等級(jí)。為了提高讀書精度，被測高溫度盡量接近儀表測量上線，最低溫度接近下限，要求整個(gè)測溫系統(tǒng)的綜合誤差小于工藝要求。
（1）溫度變送器。不管是熱電阻還是熱電偶的信號(hào)，都需要通過溫度變送卡件將其電阻或電動(dòng)勢轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)才能被控制系統(tǒng)（SIS/DCS/PLC）所識(shí)別。現(xiàn)在既可以在現(xiàn)場直接安裝溫度變送器，也可以將RTD或T/C信號(hào)引進(jìn)入控制室后再變送成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。
       溫度變送器的隔離能力、抗EMI/RFI能力由控制室卡件變送。當(dāng)電纜傳輸RTD或T/C信號(hào)時(shí)，電纜就像一根天線，能接收各種干擾信號(hào)，而采用溫度變送器的抗EMI/RFI的能力可達(dá)20V/m。由此可見如果為了獲得正確的溫度信號(hào)，我們應(yīng)優(yōu)先選用溫度變送器。對于熱電阻溫度變送器來說造價(jià)相對更高，應(yīng)結(jié)合工藝條件，若此處的溫度僅僅作為指示，沒有用于調(diào)節(jié)和連鎖，則完全沒有必要選擇造價(jià)更高的溫度變送器，大可以直接采用熱電阻。而對于熱電偶溫度變送器來說，我們是十分倡導(dǎo)的，這不僅提高了傳送信號(hào)的抗干擾能力，而且還能省去昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，更經(jīng)濟(jì)合理。
（2）溫度計(jì)套管。溫度計(jì)套管一般有鉆孔套管和焊接管，安裝方式分法蘭式和螺紋式。在規(guī)范HG/T20507-2014上明確要求，溫度計(jì)套管宜選用整體鉆孔錐形保護(hù)管。在一根不銹鋼棒中鉆深孔而加工成一個(gè)保護(hù)套管，是一種先進(jìn)的工藝，這樣的套管沒有焊縫，耐壓、防漏、防腐性能均明顯優(yōu)良。但是目前鉆孔套管加工難度大，對于插入深度大于600的加工難度成本十分大，若工藝條件苛刻，需與制造廠協(xié)商處理。
（3）防護(hù)和防爆等級(jí)。溫度儀表防護(hù)等級(jí)一般不低于IP65(塵密、放噴水型)，同時(shí)根據(jù)電氣防爆區(qū)域劃分，防爆區(qū)域選擇選擇防爆儀表。
5溫度儀表的安裝
       正確的選擇溫度儀表后，安裝也十分重要，不正確的安裝可直接影響到測量精度。有的溫度儀表工作一段時(shí)間后，出現(xiàn)測量精度下降，有可能是信號(hào)線接頭處出現(xiàn)了松動(dòng)和氧化。有的溫度儀表由于安裝不良，插入深度不夠，或接口處沒有密封好，造成熱量損失，測量溫度偏低，所以我們要注意溫度儀表的正確安裝，通過多年經(jīng)驗(yàn)我總結(jié)出以下安裝要點(diǎn)
①溫度儀表的安裝，應(yīng)保證溫度計(jì)與流體的充分接觸，溫度計(jì)的安裝應(yīng)迎著流體流量插入，且插入深度應(yīng)為管道的1/2處，若管徑較大，可插入到管道1/3處。溫度儀表的感溫點(diǎn)應(yīng)處理管道中流蘇最大處，當(dāng)工藝管道過小，不利于溫度儀表插入時(shí)，應(yīng)安裝擴(kuò)大管。
②溫度儀表在攪拌設(shè)備內(nèi)的安裝應(yīng)該加設(shè)保護(hù)套管，避免損壞儀表。
③溫度儀表的接線盒應(yīng)向下，避免雨水的深入。
④溫度儀表應(yīng)該安裝在有保溫層的管道上，防止熱量損失。
6結(jié)束語
       綜上所述，溫度儀表的選型與安裝，要從多方面角度下手，注重可靠性和經(jīng)理合理信。具體工況具體分析，統(tǒng)籌思考，選擇恰當(dāng)?shù)膬x表并且正確安裝，才能達(dá)道滿意的效果。