熱電偶在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用淺談

摘要:金屬熱處理簡單地說就是對金屬進(jìn)行加熱處理，不同的金屬處理需要控制在不同的溫度中，所以在金屬熱處理過程中溫度控制是極其重要的。溫度控制系統(tǒng)把熱電偶作為溫度測量的檢測軟件，主要是通過溫度和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)溫度控制的，下面我們簡單介紹溫度控制系統(tǒng)，然后在介紹熱電偶在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。
1加熱爐溫度的測量
1.1溫度傳感器
　　如今電的應(yīng)用在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)中起到很重要的作用，過程中要用到溫度傳感器，其作用主要是進(jìn)行非電量溫度和電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，因?yàn)閷囟葯z測的方式不同，所以就產(chǎn)生了兩類傳感器即接觸式和非接觸式。在接觸式溫度傳感器當(dāng)中比較常用的是熱電偶溫度傳感器，因?yàn)樗粌H能夠更加正確的對溫度進(jìn)行控制，還有著非常簡單的構(gòu)成，對于工業(yè)金屬溫度控制來說比較有優(yōu)勢。這里我們介紹的是鎳鉻-鎳鋁熱電偶，因?yàn)樗谥懈邷叵拢茸罡?，并且其適合的溫度范圍比較大，而溫度控制系統(tǒng)的控制范圍包含在傳感器范圍之中，所以如果系統(tǒng)有故障的話，溫度在一-定時(shí)間內(nèi)超過范圍的話，也不會(huì)影響正常運(yùn)行，這就會(huì)對系統(tǒng)起到保護(hù)作用，所以我們一般將其作為溫度傳感器。
1.2熱電偶冷端溫度補(bǔ)償
　　在物理學(xué)中我們也接觸過由于溫度差就會(huì)產(chǎn)生電勢，在該系統(tǒng)中主要用到的是冷端溫度補(bǔ)償電路，除此之外，還可以通過軟件的方法來進(jìn)行補(bǔ)償，能達(dá)到異曲同工的效果。這里我們只對熱電偶冷端溫度補(bǔ)償進(jìn)行介紹，它的核心部件是集成溫度傳感器，由于它體小命長、檢測精度比較高并且如果是較遠(yuǎn)的距離也能很好的進(jìn)行檢測等許多優(yōu)點(diǎn)，所以是很受大眾歡迎的，最重要的是能夠產(chǎn)生補(bǔ)償電壓，該元件安裝在冷端附近，由于它的輸出電流會(huì)因冷端溫度的變化而變化，然后根據(jù)一定的公式就能得出某一-時(shí)刻的冷端溫度，然后再對此進(jìn)行處理，溫度的補(bǔ)償電勢就能夠得到了。該方法的優(yōu)點(diǎn)主要在于有著簡單的結(jié)構(gòu)，并且有高補(bǔ)償精度，相比于其他常規(guī)的方法更具優(yōu)勢。
1.3溫度檢測和放大電路
　　溫度檢測工作原理就是組成熱電偶的兩種不同金屬，當(dāng)這兩種金屬接觸處溫度上有差時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱電勢，然后熱電勢就會(huì)從熱電偶傳輸出去，但是產(chǎn)生的信號(hào)非常小，這就需要我們對其進(jìn)行放大，這里就要用到放大電路。經(jīng)過對電路的實(shí)際分析以及效益噪聲和阻抗等方面的綜合考慮，我們最終采用的是測量放大電路，不僅因?yàn)樗c各種信號(hào)源的匹配性比較好，并且更加穩(wěn)定。
2影響測量精度的主要因素
2.1插入深度的影響
　　熱電偶插入被測場所時(shí)，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。金保護(hù)管熱電偶的導(dǎo)熱性好，其插入深度應(yīng)該深一-些(約為直徑的1520倍);陶瓷材料的絕熱性能好，可以插入淺一些(約為直徑的1015倍)。
2.2響應(yīng)時(shí)間的影響
　　在測溫時(shí)需要保持一定的時(shí)間，才能使測溫元件與被測對象達(dá)到熱平衡。對于氣體介質(zhì)應(yīng)保持30min以上才能達(dá)到平衡，對于液體而言也要在5min以上。為了提高熱電偶檢定效率，很多單位使用熱電偶自動(dòng)檢定裝置，但是自動(dòng)檢定裝置也不十分完善，如果忽視了響應(yīng)時(shí)間，就容易對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。.
2.3熱輻射的影響
　　插入爐內(nèi)的熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí)，因能量交換而產(chǎn)生測量誤差。為了減小熱輻射誤差，應(yīng)增大熱傳導(dǎo)，并使?fàn)t壁溫度盡可能的接近熱電偶的溫度。還應(yīng)注意的是，熱電偶在安裝時(shí)應(yīng)盡可能避開從固體發(fā)出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面;另外熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套。
2.4熱阻抗增加的影響
　　在高溫下使用熱電偶時(shí)，如果被測介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護(hù)管表面沉積的灰塵等如果被燒熔在表面上，會(huì)使保護(hù)管的熱阻抗增大:如果被測介質(zhì)是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應(yīng)時(shí)間,還會(huì)使指示溫度降低，因此除了定期檢定外，還要經(jīng)常進(jìn)行抽檢。
3熱電偶的使用注意事項(xiàng)
(1)為減小測量誤差,熱電偶應(yīng)與被測對象充分接觸，使兩者處于相同溫度:
(2)熱電偶的保護(hù)管應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并有耐腐蝕性，保護(hù)管的外徑越粗，耐熱、耐腐蝕性越好，但熱惰性也越大;
(3)熱電偶的保護(hù)管應(yīng)保持清潔，否則當(dāng)其表面附著灰塵時(shí)，會(huì)因熱阻增加，使指示溫度低于真實(shí)溫度而產(chǎn)生誤差;
(4)熱電偶不應(yīng)在其最高使用溫度下長期工作，否則熱電偶材料會(huì)發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差;
(5)當(dāng)測量線路絕緣電阻下降而出現(xiàn)誤差時(shí)，可以通過電容濾波器減少漏電流，或者采用電抗、電容平衡濾波;
(6)測量線路外接電阻的變化對動(dòng)圈儀表的影響也較大，但可以通過儀表示值急驟變化及時(shí)發(fā)現(xiàn)這種影響;
(7)電磁感應(yīng)也會(huì)引起電子儀表示值的偏離與波動(dòng)，應(yīng)盡量避開有電磁感應(yīng)的場所，否則可以采用屏蔽措施或采用鎧裝線，并使之完全接地:
(8)熱電偶參考端原則上應(yīng)保持在0'C，然而，在現(xiàn)場條件下難以實(shí)現(xiàn)，通常采用補(bǔ)償式或室溫式參考端，這樣參考端的溫度將直接影響儀表的示值。對于帶有補(bǔ)償式參考端的儀表，必須在能完全補(bǔ)償?shù)沫h(huán)境下使用。
4結(jié)語
　　介紹了熱電偶的冷端補(bǔ)償措施，然后介紹了補(bǔ)償措施中比較常用溫度檢測電路和放大電路，簡單對它們的技術(shù)進(jìn)行了概括，通過這些元件以及有效的措施，.能夠很好地測量溫度，最終達(dá)到控制金屬熱處理溫度的效果。盡管這些方法很有效，但也有不足之處，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我們要對其不斷進(jìn)行改進(jìn)，不斷研究新技術(shù)。