高溫?zé)犭娕嫉臏y(cè)量誤差及處理方案
發(fā)布時(shí)間:2021-10-21
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摘要:詳細(xì)分析
熱電偶使用后中間導(dǎo)體的形成機(jī)理,并根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析
高溫?zé)犭娕?/strong>測(cè)量誤差的產(chǎn)生原因。根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律可知,熱電偶局部變質(zhì)部分只要存在溫差,就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。采用對(duì)調(diào)焊接等處理方式,不僅可消除熱電偶長(zhǎng)期使用帶來(lái)的示值誤差、減少熱電偶的消耗,而且可提高產(chǎn)品質(zhì)量。
1影響熱電偶高溫測(cè)量精度的因素
1.1高溫測(cè)量中常用的熱電偶
在1250℃以下的場(chǎng)合,采用N型熱電偶測(cè)溫,其高溫穩(wěn)定性及使用壽命較K型熱電偶成倍提高,通常與鉑銠熱電偶相當(dāng)。因此,N型熱電偶的應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大[1]。鎢錸3-鎢錸25熱電偶高溫測(cè)量時(shí)可測(cè)的溫度最高,但在氧化氣體中測(cè)量,鎢錸3-鎢錸25極易氧化,因此必須采取抗氧化措施??蓪⑴冀z密封在保護(hù)套管中,并填以致密的填充料,填充料中有遇高溫產(chǎn)生還原性氣氛的粉體,外保護(hù)管是鉬基硅化鉬管。抗氧化的鎢錸3-鎢錸25熱電偶抗腐蝕,使用壽命與同等氣氛(環(huán)境)下的鉑銠熱電偶相當(dāng)。
1.2影響熱電偶高溫測(cè)量精度的因素
影響熱電偶高溫測(cè)量精度的主要因素是輻射傳熱。熱電偶的輻射熱損失為
式中S一熱電偶的表面積
X一熱輻射率
e一斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)
T一熱電偶測(cè)得的溫度
Tw一熱電偶所置的腔壁溫度
另一方面,熱電偶通過(guò)對(duì)流傳熱獲得的熱量為
Tg一被測(cè)氣體的真實(shí)溫度
h一對(duì)流傳熱系數(shù)
如果不考慮導(dǎo)熱,熱電偶達(dá)到熱穩(wěn)定以后,有dq輻=dq換
由式(3)可知,對(duì)流傳熱系數(shù)、熱輻射率、熱電偶所置的腔壁溫度是影響熱電偶高溫測(cè)量的精度的因素。熱電廠的鍋爐的全大屏、后屏入口、出口等位置的高溫(900~1200℃)測(cè)量使用帶有二層屏蔽罩的鉑銠10-鉑熱電偶,抽氣熱電偶用于鍋爐燃燒研究。熱電偶的保護(hù)套管直徑、安裝位置與對(duì)流傳熱系數(shù)h有直接關(guān)系。
2熱電偶使用后中間導(dǎo)體的形成
熱電偶的中間導(dǎo)體定律是眾所周知的常識(shí)。但對(duì)熱電偶在使用中形成中間導(dǎo)體后的誤差情況,以及如何正確進(jìn)行測(cè)溫是儀表人員校對(duì)爐溫時(shí)至關(guān)重要的問(wèn)題。由于這一問(wèn)題的存在,無(wú)疑會(huì)降低測(cè)溫的質(zhì)量,甚至達(dá)到影響測(cè)量正確的程度。在熱電偶回路中,接入了和該熱電偶不同熱電特性的導(dǎo)體后,只要該導(dǎo)體各部分的溫度不等,就會(huì)產(chǎn)生寄生電勢(shì),從而造成測(cè)量誤差。
t為工作端溫度,t0為冷端溫度,t0'-t0’'代表插入爐膛的部分溫度,該處溫度比工作端低,并且to'>t0',因?yàn)闊犭妱?shì)EAB(t,t0)=EAB(t,t0')+EAB(t0',t0')+EAB(t0'',t0),所以,如果熱電偶各部分材質(zhì)都--致,則從上式可以看出,不論t0'和t0'的溫度如何,其測(cè)量結(jié)果仍然符合熱電勢(shì)和溫度之間的函數(shù)關(guān)系,即EAB(t,t)0=(ft)-(ft0)。但若t0'和t0''之間的一.段電極變質(zhì)之后,導(dǎo)致了熱電特性的改變,于是,當(dāng)t0'不等于t0”時(shí),其測(cè)量結(jié)果就不再符合上式,而是隨著該兩點(diǎn)間的溫度之差而變化。熱電偶在使用過(guò)程中會(huì)氧化腐蝕,特別是銠元素的選擇性氧化導(dǎo)致的粗晶和還原性氣體對(duì)鉑的污染,都會(huì)使熱電偶的熱電特性明顯的變壞。
3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
帶有中間導(dǎo)體的熱電偶繼續(xù)用來(lái)測(cè)溫時(shí),其中間導(dǎo)體兩端的溫度肯定是不同的,否則就會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。由于使用現(xiàn)場(chǎng)爐子大小和形狀不同,故熱電偶的插入深度也并不一致。于是熱電偶的變質(zhì)情況和變質(zhì)部分的長(zhǎng)度就各不相同。對(duì)于高溫爐測(cè)試用的鉑銠-鉑熱電偶,在插入深度較淺的爐子上使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差,把使用時(shí)間不等的同種熱電偶和新偶,用兩種不同插入深度對(duì)比測(cè)試的結(jié)果,溫度也相差10℃以上?,F(xiàn)將測(cè)試結(jié)果列表如下,具體見(jiàn)表1(測(cè)試用直流電位差計(jì)UJ33a,采用雙極法直接對(duì)比,將使用時(shí)間不等的偶和新偶分別捆扎后入爐)。
多數(shù)熱電偶都為負(fù)差值,插入150mm時(shí)測(cè)試的負(fù)值更大。僅有同等型號(hào)的新偶在測(cè)試1230℃時(shí),插入深度300mm為+1℃,特別是舊偶在插入150mm深度測(cè)試時(shí)與新偶競(jìng)相差6℃.為了進(jìn)一步驗(yàn)證在不同加熱深度時(shí)的誤差問(wèn)題,又將使用較長(zhǎng)時(shí)間的偶和另外兩只偶插入同一深度,同--爐溫分別進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果同樣符合上述規(guī)律。
產(chǎn)生上述情況的主要原因,一是測(cè)試偶與新偶由于位置不當(dāng),所受介質(zhì)污染程度不同:二是插入介質(zhì)在不同深度時(shí),由于爐溫不能保持絕對(duì)均勻恒定(受熱電極所致)造成的。由此可以說(shuō)明:使用時(shí)間較長(zhǎng)的熱電偶對(duì)測(cè)溫將產(chǎn)生更大的誤差。
4解決辦法
使用雙鉑銠熱電偶測(cè)溫(分度號(hào):B)目的是為了達(dá)到測(cè)試溫度更加正確。以往使用單鉑銠(分度號(hào):S)熱電偶測(cè)溫要考慮冷端補(bǔ)償問(wèn)題。需加修正值,使用分度號(hào)B的熱電偶測(cè)溫后,溫度即使在零上50℃時(shí),其亳伏值僅0.002mV。所以用雙鉑銠熱電偶測(cè)溫,就無(wú)需考忠冷端室溫的補(bǔ)償問(wèn)題。由于熱電偶入爐產(chǎn)生的差值不同,特設(shè)置了專(zhuān)用的測(cè)溫支架和同一規(guī)格的熱電偶不銹鋼保護(hù)套。插入深度固定在300mm處。測(cè)試高溫前,要實(shí)行等級(jí)預(yù)熱,使熱電偶便于獲得更均勻一致的受熱,實(shí)行定期更換熱電偶不銹鋼保護(hù)套。以保證熱電偶材質(zhì)均勻性盡可能長(zhǎng)時(shí)間不變。
對(duì)使用一段時(shí)間后的鉑銠熱電偶,往往其極點(diǎn)容易斷開(kāi)。極點(diǎn)斷開(kāi)后,將偶絲頭尾對(duì)調(diào)焊接,經(jīng)過(guò)硼砂清洗和煮沸后,實(shí)行定時(shí)間的回火處理。如果不對(duì)調(diào)偶絲,有的偶絲極點(diǎn)部分由于污染變脆,剪掉少量部分,再重新鹽水焊接也是可以的。通過(guò)上述處理后,再和標(biāo)準(zhǔn)偶對(duì)比,測(cè)出誤差,找出修正值方可準(zhǔn)予應(yīng)用。
5結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái),實(shí)踐中使用的高溫偶一直采用這些處理方式,不僅消除了由于熱電偶長(zhǎng)期使用帶來(lái)的示值誤差,而且從很大程度上減少了熱電偶的消耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。