氣化爐高溫?zé)犭娕汲Ｒ?jiàn)故障分析

摘要:汽化爐熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器，針對(duì)使用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，詳細(xì)探討了測(cè)溫點(diǎn)的選擇，熱電偶的插入深度、響應(yīng)時(shí)間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因，并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻，K型熱電偶選擇性氧化、K狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項(xiàng)。對(duì)提高測(cè)量精度，延長(zhǎng)熱電偶使用壽命有一定幫助。
　　氣化爐測(cè)溫使用的熱偶主要有:用于測(cè)量爐膛溫度的B型高溫?zé)崤?烘爐使用的K型升溫?zé)崤家约皽y(cè)量表面溫度的K型表面熱偶。為提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差，延長(zhǎng)熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應(yīng)具備儀表操作技能，還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識(shí)。參閱有關(guān)資料后，在這里較詳細(xì)地介紹熱電偶的測(cè)量誤差及其注意事項(xiàng)。
1測(cè)量誤差的主要影響因素
1.1插入深度的影響
　　測(cè)溫點(diǎn)的選擇:對(duì)于工程測(cè)溫，其插入深度還與測(cè)量對(duì)象是靜止或流動(dòng)等狀態(tài)有關(guān)，如流動(dòng)的液體或高速氣流溫度的測(cè)量，將不受上述限制，插入可淺一-些，具體數(shù)值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。
1.2響應(yīng)時(shí)間的影響
　　接觸法測(cè)溫的基本原理是測(cè)溫元件要與被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡。因此，在測(cè)溫時(shí)需保持一定時(shí)間，才能使兩者達(dá)到熱平衡。而保持時(shí)間的長(zhǎng)短，同測(cè)溫元件的熱響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。而熱響應(yīng)時(shí)間主要取決于傳感器結(jié)構(gòu)及測(cè)量條件，差別極大。
1.3熱輻射的影響
　　插入爐內(nèi)用于測(cè)溫的熱電偶，將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內(nèi)氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí)，將因能量交換而產(chǎn)生測(cè)溫誤差。
1.4熱阻抗增加的影響
　　在高溫下使用的熱電偶，如果被測(cè)介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護(hù)管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護(hù)管的熱阻抗增大:如果被測(cè)介質(zhì)是熔體，在使用過(guò)程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，而且還使指示溫度偏低。
2熱電偶測(cè)溫應(yīng)注意的事項(xiàng)
2.1熱電偶絲不均質(zhì)影響
　　熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)，由不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢(shì)引起的誤差，取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極其困難。
2.2鎧裝熱電偶的分流誤差
　　所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)熱電偶中間部位有超過(guò)800℃的溫度分布存在時(shí)，因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異?，F(xiàn)象。依據(jù)均質(zhì)回路定則，用熱電偶測(cè)溫貝與測(cè)量端與參考端兩端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無(wú)關(guān)。
2.3分流誤差的影響因素及對(duì)策
　　高溫下鎧裝熱電偶產(chǎn)生分流誤差的現(xiàn)象，有必要了解分流誤差的影響因素，并采取適當(dāng)對(duì)策以減少或消除分流誤差的影響。(1)鎧裝熱電偶直徑:實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:分流誤差的大小與其直徑的平方根成反比(直徑過(guò)細(xì),不遵守此規(guī)律),即直徑越細(xì)，分流誤差越大。因此，為了減少分流誤差，應(yīng)盡可能選用粗直徑的鎧裝熱電偶。(2)中間部位的溫度:應(yīng)盡可能縮短加熱帶長(zhǎng)度，且不要在遠(yuǎn)離測(cè)量端處加熱，以減少分流誤差。(3)熱電偶絲的電阻:當(dāng)鎧裝熱電偶的直徑相同時(shí)，分流誤差將隨熱電偶絲的電阻增大而增加。因此，采用電阻小的熱電偶絲更好。(4)絕緣電阻:高溫下氧化物電阻率將隨溫度升高呈指數(shù)降低，分流誤差大小主要取決于高溫部分的絕緣性能，絕緣電阻越低，越容易產(chǎn)生分流誤差。
2.4短程有序結(jié)構(gòu)變化(K狀態(tài))的影響
　　K型熱電偶在250~600℃溫度范圍內(nèi)使用時(shí)，由于其顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成短程有序結(jié)構(gòu)，K狀態(tài)與溫度、時(shí)間有關(guān)，當(dāng)溫度分布或熱電偶位置變化時(shí)，其偏差也會(huì)發(fā)生很大變化，故難以對(duì)偏差大小作出正確評(píng)價(jià)。
2.5使用氣氛的影響
(1) 選擇性氧化:對(duì)于含F(xiàn)e的Ni-Cr合金，如氧分壓低于特定值，則同02親和力大的Cr將發(fā)生選擇性氧化，這是Ni-Cr合金特有的晶界氧化。同時(shí)，應(yīng)盡可能避免在帶有微量氧的惰性氣體或氧分壓很低的空氣中使用。當(dāng)保護(hù)管長(zhǎng)度與直徑較大時(shí)(即保護(hù)管很細(xì))，由于空氣循環(huán)不良，形成缺氧狀態(tài)，其殘余的少量氧仍可為Cr的選擇性氧化提供條件。
(2) 選擇性氧化的對(duì)策:為防止或減緩K型熱電偶因選擇性氧化而引起劣化，除在材質(zhì)方面加以改善外，還應(yīng)在熱電偶結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)對(duì)策:
(a)選擇對(duì)氧親和力較Cr更強(qiáng)的金屬作為吸氣劑，封入保護(hù)管內(nèi)，防止Cr發(fā)生選擇性氧化，也可采用增加保護(hù)管直徑或吹氣的方法增加氧含量。
(b)裝配式熱電偶實(shí)體化。
(3) 使用氣氛的影響:熱電偶的穩(wěn)定性，因使用溫度、氣氛不同，對(duì)同一種傳感器，如K型熱電偶的最高使用溫度也因直徑不同而變化，直徑相同的K型熱電偶也因結(jié)構(gòu)的不同，其穩(wěn)定性也有很大差異。
(4)絕緣電阻的影響:熱電偶用絕緣物，在高溫下，其絕緣電阻隨溫度升高而急驟降低，因此，將有漏電流產(chǎn)生，該電流通過(guò)絕緣電阻已經(jīng)下降的絕緣物流入儀表，使儀表指示不穩(wěn)或產(chǎn)生測(cè)量誤差，也可能發(fā)生記錄儀亂打點(diǎn)的現(xiàn)象。
3熱電偶劣化與使用壽命
3.1熱電偶的劣化
　　熱電偶的使用壽命與其劣化有關(guān)，所謂熱電偶的劣化，即熱電偶經(jīng)使用后，出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶，在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長(zhǎng)大。同時(shí)合金中含有少量雜質(zhì)，其位置或形狀也將發(fā)生變化，而且，對(duì)周圍環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。伴隨上述變化，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)也將極其敏感地發(fā)生變化。因此熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。
3.2熱電偶的使用壽命
　　熱電偶的劣化是一個(gè)量變過(guò)程，對(duì)其定量很困難，將隨熱電偶的種類、直徑、使用溫度、氣氛、時(shí)間的不同而變化。熱電偶的使用壽命是指熱電偶劣化發(fā)展到超過(guò)允許誤差，甚至斷線不能使用的時(shí)間。
(1)裝配式熱電偶的壽命:我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中僅對(duì)熱電偶的穩(wěn)定性有要求。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng)200h，使用前后熱電動(dòng)勢(shì)的變化。但是，尚未發(fā)現(xiàn)對(duì)使用壽命有規(guī)定。在多數(shù)場(chǎng)合下，保護(hù)管的壽命決定了熱電偶?jí)勖?。?duì)熱電偶的實(shí)際使用壽命的判斷，必須是通過(guò)長(zhǎng)期收集、積累實(shí)際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù)，才有可能給出較正確的結(jié)果。
(2)鎧裝熱電偶的壽命:由于鎧裝熱電偶有套管保護(hù)與外界環(huán)境隔絕，因此套管材質(zhì)對(duì)鎧裝熱電偶?jí)勖绊懞艽?，鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比，雖有許多優(yōu)點(diǎn)，但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
4結(jié)語(yǔ)
　　熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但若使用中不注意仍然會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)量誤差。針對(duì)使用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，詳細(xì)探討了測(cè)溫點(diǎn)的選擇，熱電偶的插入深度、響應(yīng)時(shí)間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因，并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻，K型熱電偶選擇性氧化、K狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項(xiàng)。對(duì)提高測(cè)量精度，延長(zhǎng)熱電偶使用壽命有一定幫助。