热电偶应用问题综述

　　热电偶是一种重要的接触式温度传感器,其测量误差不仅取决于自身的物理性能,还与使用方法正确与否密切相关,在实际使用时,必须遵循多项技术规范,否则,将会引起较大的测量误差,甚至使其远远超出允许的误差范围,而且,还可能降低热电偶的使用寿命。所以,对于从事自动化仪表设计、安装及维护的专业技术人员而言,全面掌握热电偶的使用技术要求是非常必要的。

　　1　热电偶选型与设计[1]

　　1·1　分度号选择

　　热电偶分度号的选择主要针对使用条件,包括常用工作温度、最高工作温度及使用气氛(氧化、还原、中性)等因素。不同分度号的热电偶其可测温度范围不同,这是选择分度号的主要依据。其次是使用气氛,使用气氛不对将加快热电偶电极劣化速度,如S型和B型适合于氧化性气氛,在真空中可短时使用,而不能用于还原气体中测温; K型适合于氧化性和真空中性气氛; E型适合于氧化性和弱还原性气氛; T型适合于氧化还原及真空中性等气氛。实际中应综合考虑工作温度、上限温度和使用环境来确定热电偶分度号。

　　1·2　结构形式及参数选择

　　热电偶按结构形式不同可分为普通型、铠装型、高性能实体型和特种型[2]。

　　普通型热电偶应用最广,一般情况下都要选用这种热电偶,其保护管材质的选择主要考虑被测介质的气氛、温度、流速、腐蚀性、摩擦力以及材质的化学适应性、可承受压力、可承受应力、响应速度和性价比等因素,之后再根据被测对象的结构和安装地点等实际情况确定保护套管的直径、壁厚、长度、气密性及固定方式等。此处应注意兼顾壁厚(决定耐磨性)和热容量大小(决定反映时间),在满足耐磨性要求的情况下,应尽量减小保护管壁厚,以改善动态特性。如果是化学损伤严重的高温环境,也可考虑采用双保护管。

　　铠装型热电偶因具有可弯曲、直径小、适应性广、热容小、响应速度快、使用寿命长以及可任意截取长度等优点而被广泛使用,尤其是测温点深(如锅炉炉顶的一些温度点)或需弯曲的场所。选型时主要考虑保护管材质、直径及长度等参数。

　　高性能实体型热电偶兼有普通型和铠装型的优点,耐高温、响应快、寿命长,它的使用温度比同类型普通装热电偶高100℃,响应速度比普通型快6~8倍。选用时应综合考虑,尤其是性价比。

　　特种型热电偶应用于一些特殊场合,如一次性测量钢水温度的快速微型热电偶等。

　　1·3　插入深度选择

　　热电偶测温时,沿其长度方向会产生热流,如果冷热端温差较大,就会有热损失产生,这将导致热电偶热端温度比被测实际温度偏低而产生测温误差。为了解决这种由热传导引起的误差,必须保证热电偶有足够的插入深度,插入深度至少应为保护管直径的8~10倍。一般而言,对于金属保护套管,因其导热性能好,插入深度应该深一些(应为其直径的15~20倍);而对于非金属保护套管,如陶瓷材料,因其绝热性能好,可插入浅一些(可为其直径的10~15倍)。当然,具体插入深度还必须兼顾容器体积或管道内径等因素。对于实际工程测温,其插入深度还应考虑被测介质的静止或流动状态,如果是流动的液体或气体,可以不受上述条件限制,插入深度可适当浅一些,具体数值由实际情况分析确定。