熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問題時就無法應(yīng)對。

溫度檢測的重要性

化工生產(chǎn)是一個非常復(fù)雜的材料平衡變化過程，生產(chǎn)進(jìn)度通常不能直觀觀察，只能通過反映工藝變化的參數(shù)來間接認(rèn)知，并進(jìn)行相應(yīng)的操作，保證生產(chǎn)的順利運(yùn)行。 雖然表示生產(chǎn)進(jìn)度的參數(shù)很多，但對于復(fù)雜的生產(chǎn)全過程，特定的特征參數(shù)很難全面反映生產(chǎn)進(jìn)度。 在材料平衡變化的同時也發(fā)生能量的產(chǎn)生和遷移，物理反應(yīng)和復(fù)雜的化學(xué)變化都可以通過能量檢測來判斷生產(chǎn)過程。 由于溫度是表示能量大小的物理參數(shù)，對于化工生產(chǎn)，只需測量幾個關(guān)鍵點(diǎn)的溫度就能判斷生產(chǎn)進(jìn)度，控制生產(chǎn)提高生產(chǎn)能力降低能耗保證安全，因此溫度測量是化工生產(chǎn)中非常重要的參數(shù)。

溫度檢測手段

化工生產(chǎn)的溫度測量分為地指示和遠(yuǎn)程顯示控制兩大類，地指示比較簡單，通常使用雙金屬溫度計的精度差不是通常生產(chǎn)控制的調(diào)節(jié)依據(jù)。 遠(yuǎn)程溫度計將現(xiàn)場測量點(diǎn)的溫度遠(yuǎn)程傳遞到控制室是生產(chǎn)的重要參數(shù)，作為生產(chǎn)控制的重要手段，要求準(zhǔn)確可靠。

與化工生產(chǎn)中復(fù)雜的各種檢測儀表相比，溫度檢測是傳統(tǒng)四大檢測參數(shù)中類型較少的簡單儀表。 現(xiàn)場使用的遙測儀通常只有三種

高溫輻射式溫度計在生產(chǎn)溫度長期用于1000度以上的生產(chǎn)中時，這種儀表在很多生產(chǎn)中很少使用。

測溫電阻溫度計通常在200度以下生產(chǎn)的低溫時使用。 應(yīng)用較多的是各種泵設(shè)備自身的溫度檢測，測量設(shè)備運(yùn)行的溫度，以防止過度升溫導(dǎo)致設(shè)備損壞。

熱電偶溫度檢測計測溫范圍寬，因此為-200； <； br/>； 在1200度范圍內(nèi)使用的是廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)的溫度測量儀。 熱電偶根據(jù)使用的溫度范圍分為各種形式，其中廣泛使用的是k型熱電偶。 熱電偶的材質(zhì)因型號不同而不同，但它們的測溫原理相同。

熱電偶的測溫原理

熱電偶是非常簡單的測量儀器，只要焊接2根不同材質(zhì)的導(dǎo)體的一端，就可以制作熱電偶溫度計。 這種結(jié)構(gòu)簡單的儀表測溫原理是金屬導(dǎo)體的熱電效應(yīng)，該熱電效應(yīng)有接觸電位和溫差電位兩種結(jié)構(gòu)。

熱電偶的熱端實(shí)物如圖所示

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接觸電位

接觸電位是熱電偶能夠測溫的主要原因。 像電子器件的二極管PN結(jié)那樣，熱電偶的熱端被兩種不同材質(zhì)的導(dǎo)體焊接，由于導(dǎo)體密度的不同而產(chǎn)生電子密度差，在該密度差的作用下，兩導(dǎo)體接觸面產(chǎn)生由于電子的擴(kuò)散速度的不同而變化的電場，當(dāng)接觸面溫度不變化時，電子擴(kuò)散達(dá)到動態(tài)平衡，產(chǎn)生一定的靜電場<； br/>； 接觸電位。

相同溫度不同材質(zhì)下的接觸電位

在溫度一定的情況下，接觸電位的大小只與熱電偶的兩個導(dǎo)體的材質(zhì)有關(guān)。 材質(zhì)不同的熱電偶在相同溫度下的接觸電位不同，以使二極管的硅管和鍺管的導(dǎo)通電壓大小不同。 因此，由于不同型號的熱電偶在相同溫度下的電位不同，所以熱電偶被分為許多型號和不同的使用范圍。

材質(zhì)不同溫度下的接觸電位

同一型號的熱電偶的溫度引起的接觸電位不同的原因在于，熱電偶的接觸端(焊接兩導(dǎo)體)的電子擴(kuò)散在溫度變化時失去平衡，新的電子擴(kuò)散到達(dá)新的平衡點(diǎn)時，兩導(dǎo)體產(chǎn)生的靜電場<； br/>； 接觸電位與以前的電位不同。 與靜態(tài)參數(shù)隨二極管溫度的差異一樣，熱電偶產(chǎn)生變化的電位。

對于已經(jīng)制造的完成熱電偶，其接觸電位的大小與熱電偶的接觸端的溫度對應(yīng)，溫度高，電位大，因此將該接觸電位稱為熱電勢。

溫差熱電勢

溫差電位是熱電偶能夠表現(xiàn)溫度的主要原因。 溫度是用于表現(xiàn)能量大小的一個人規(guī)定的物理量，有意義的零點(diǎn)，但與我們的生活大不相同，像氣壓一樣我們平時所說的溫度零度是攝氏零度，是一個人設(shè)定的零點(diǎn)。 測溫計的信號為了再現(xiàn)溫度，必須與基準(zhǔn)溫度進(jìn)行對照。 這個標(biāo)準(zhǔn)是我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫臄z氏零度。

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熱電偶測溫組成

熱電偶本身的結(jié)構(gòu)簡單，但要準(zhǔn)確測溫需要構(gòu)建良好的測溫系統(tǒng)，主要由熱電極、套管、補(bǔ)償導(dǎo)線三部分組成

熱電極

熱電極一般稱為熱電偶，是熱電偶可以測溫的核心部件。 從制造成本的觀點(diǎn)出發(fā)，熱電極的長度通常限于1米左右，但現(xiàn)場的測溫點(diǎn)大多距離控制室數(shù)百米以上，因此熱電偶需要連接端子，以其他形式向控制室發(fā)送信號。

熱電極根據(jù)材質(zhì)可以分為不同的形式，工業(yè)現(xiàn)場一般使用k型和e型熱電偶。 k型熱電偶為鎳鉻硅熱電偶，測溫范圍寬，-200； <； br/>； 可在1000度以內(nèi)長期使用，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的多種情況被大量應(yīng)用。 e型熱電偶為鎳鉻合金的鎳銅熱電偶，使用范圍比k型小-50%，為600度，但在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢比k型大，低溫時的誤差相對較小，在400度左右的生產(chǎn)中應(yīng)用也非常多。

熱電極結(jié)構(gòu)通常分為組裝式和護(hù)套式兩種。

組裝式熱電偶是一般的熱電偶，熱電極的兩端使用高溫絕緣陶瓷柱作為絕緣蓋，防止熱電偶兩端短路，熱電極的末端與絕緣連接端子柱連接。 該結(jié)構(gòu)易于現(xiàn)場安裝，當(dāng)熱電極和套管長度不同時，可根據(jù)套管長度自由切割，便于現(xiàn)場安裝。 使用中陶瓷絕緣蓋容易破損，引起絕緣不良，熱電偶的兩個導(dǎo)體也會短路，拆卸安裝時請注意，盡量保證陶瓷蓋的完整性。

　　

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熱電偶使用中產(chǎn)生的熱端接觸電位需要遠(yuǎn)離控制室進(jìn)行溫度再現(xiàn)，溫度再現(xiàn)需要以基準(zhǔn)攝氏零度為依據(jù)，但在控制室內(nèi)也難以達(dá)到一定的零度的溫度基準(zhǔn)，為了保證熱電勢在傳輸中不產(chǎn)生溫度梯度的變化畸變，將現(xiàn)場的熱電勢延長至控制室內(nèi) br/>； 溫差電位延長。

溫差電位

一個導(dǎo)體若兩端的溫度不同，則該導(dǎo)體兩端的電子能量不同，溫度高的電子能量向溫度低的方向擴(kuò)散，在高溫下產(chǎn)生正電位，在低溫下產(chǎn)生負(fù)電位，在電子擴(kuò)散達(dá)到動平衡后形成靜電場<； br/>； 溫差電位。 熱電偶以此原理實(shí)現(xiàn)了將熱端溫度產(chǎn)生的熱電勢延伸到控制室的目的，避免了傳遞中溫度梯度變化產(chǎn)生的測量畸變。

熱電偶的接觸電位和溫度差電位的重疊是熱電偶整體的測溫原理，通過將難以檢測的溫度物理量變更為容易進(jìn)行測定處理的毫安電壓信號，實(shí)現(xiàn)了被測定點(diǎn)的溫度傳遞較遠(yuǎn)。

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套管，套管

溫度是物質(zhì)能量表示的物理量。 由于能量的轉(zhuǎn)移擴(kuò)散性，因測量點(diǎn)的能量不同，溫度也不同，為了準(zhǔn)確可靠地測量物質(zhì)的溫度，一般將測量點(diǎn)盡量選定在材料的中間位置。 熱電偶在使用中必須深入被測設(shè)備的配管內(nèi)，為了保證生產(chǎn)的安全，必須在熱電偶上安裝防護(hù)套。

安裝防護(hù)套通常有螺釘安裝和法蘭安裝兩種連接方式。

螺釘安裝通常應(yīng)用于管道的測溫。 這種優(yōu)點(diǎn)使管道施工方便，在小管道中可傾斜安裝以提高溫度測量的準(zhǔn)確性。 缺點(diǎn)是安全性差，用螺釘和密封墊片密封，不能在高壓環(huán)境下使用。

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鞘熱電偶的熱電極插入細(xì)長的金屬鞘管中，其中填充有高溫絕緣氧化鋁、氧化鎂等，末端引線與端子板連接。 護(hù)套熱電偶由金屬外殼保護(hù)，機(jī)械強(qiáng)度高，可彎曲安裝，絕緣不易損壞，因此被大量使用。 但是，護(hù)套熱電偶的引線脆弱，斷裂時難以修復(fù)，因此在處理護(hù)套熱電偶時，請注意不要損壞引線。

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法蘭的安裝通過兩法蘭之間的連接實(shí)現(xiàn)了密封，一般用于塔式設(shè)備和高壓管線的安裝，但由于法蘭的存在，緊固螺栓容易生銹，因此不利于拆裝，只能垂直于塔式設(shè)備的管線方向進(jìn)行安裝，因此對流方向的安裝不利于熱交換

補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線是熱電偶測溫計特有的傳輸電纜。 與正常傳輸銅線纜不同，只要確保所傳輸?shù)男盘枦]有失真，使用補(bǔ)償導(dǎo)線就是用于繼續(xù)熱電偶的溫差電位的補(bǔ)償線纜。 由于熱電極的材質(zhì)和制造成本高，將完成的數(shù)百米熱電偶從現(xiàn)場延伸到控制室是不現(xiàn)實(shí)的，因此需要能夠降低與現(xiàn)場的熱電極相同溫差電位的傳輸線路和成本的電纜<； br/>； 補(bǔ)償導(dǎo)線。 補(bǔ)償導(dǎo)線的使用不僅是熱電極接觸電位的傳遞，還是熱電極溫差電位的繼續(xù)，因此與以往的銅電纜的目的不同。 為了確保補(bǔ)償導(dǎo)線的溫差電位與現(xiàn)場熱電極的溫差電位一致，傳輸時不得使用和誤用與熱電極相同類型的補(bǔ)償導(dǎo)線。

修正導(dǎo)線使用注意事項

另一方面，補(bǔ)償導(dǎo)線與銅導(dǎo)線不同的原因不僅在于材質(zhì)不同，補(bǔ)償導(dǎo)線的目的不僅在于補(bǔ)償熱電偶的熱電勢，還補(bǔ)償傳輸中的溫差電位。 補(bǔ)償導(dǎo)線本身分為正極和負(fù)極兩極，在現(xiàn)場與熱電偶接線、控制室與二次計及控制系統(tǒng)接線時必須正確對應(yīng)，不能像銅電纜那樣輕易連接。

二、在傳輸補(bǔ)償導(dǎo)線時應(yīng)盡量不帶接頭，在不可避免的時候應(yīng)盡量牢固接頭。 由于補(bǔ)償導(dǎo)線基本上是廉價的熱電偶，所以補(bǔ)償導(dǎo)線之間有連接器時會產(chǎn)生接觸電位，接觸點(diǎn)的接觸電阻大時，該接觸電位變大，補(bǔ)償導(dǎo)線被引入追加的接觸電位。 接觸點(diǎn)的接觸不良時，該接觸電位會大幅度跳躍，引起測溫變形。 同樣，補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶的連接端子的接線也必須良好地連接，防止接觸電位的導(dǎo)入。

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熱電偶使用中常見故障及處理

熱電偶是測溫系統(tǒng)，信號傳輸過程由熱電極、端子、補(bǔ)償導(dǎo)線、二次處理4個部分組成，哪個部分存在問題導(dǎo)致溫度測量不正確。 實(shí)際使用中發(fā)生故障的現(xiàn)象大致分為數(shù)值大、數(shù)值小、數(shù)值跳躍、數(shù)值滿。

熱電極自身原因引起的故障

熱電極是金屬導(dǎo)體，中長期高溫的熏煙和周圍的氣氛(腐蝕、水蒸氣)的影響本身劣化，熱電極的熱電電位和溫度的對應(yīng)關(guān)系變化，變?yōu)闇囟鹊暮涟搽妷簩φ毡淼钠睿a(chǎn)生測溫誤差。

熱電極的插入深度不夠。 該故障通常發(fā)生在新裝置或裝置的修理運(yùn)轉(zhuǎn)中，由于熱電偶的安裝導(dǎo)致套管長度不足，因此進(jìn)入配管設(shè)備的距離未到達(dá)介質(zhì)的中心，因此熱電偶的測溫端未到達(dá)溫度較高的地方，因此測定溫度較低。 如果熱電偶的插入深度過于接近管道設(shè)備的外壁，其測溫誤差會進(jìn)一步增大，甚至完全喪失測溫的意義。

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保護(hù)套管不夠長，熱電極不夠長就可以處理，可以找到足夠長的熱電極。 套管本身不夠長，只有在裝置停止后才能更換，因此套管的安裝長度非常重要，決定熱電偶的測溫是否正確，但在很多情況下，熱電偶的問題在于該現(xiàn)場套管的安裝。

航站樓

從熱電偶的測溫原理可知，熱電勢的構(gòu)成有接觸電位和溫差電位兩種。 如果熱電偶現(xiàn)場的端子與補(bǔ)償導(dǎo)線、補(bǔ)償導(dǎo)線與控制室二次處理計的配線接觸不良發(fā)生，則在熱電偶信號傳輸中會產(chǎn)生附加的接觸電位，引起測溫誤差，如果發(fā)生配線接觸不良，則也會產(chǎn)生測溫大幅度跳躍的現(xiàn)象。

隨著時間的延長，現(xiàn)場的熱電偶的連接端子和補(bǔ)償導(dǎo)線由于經(jīng)年變化等接觸電位變大，發(fā)生被測量溫度變形或跳躍的現(xiàn)象，在現(xiàn)場重新連接補(bǔ)償導(dǎo)線后故障消除的情況也是很多現(xiàn)場的儀表人員困惑的原因，為什么重新連接配線后故障消除了呢？

如果補(bǔ)償導(dǎo)線的中間有接頭，這種接觸電位會對測溫產(chǎn)生影響，因此在補(bǔ)償導(dǎo)線的使用中不可避免地沒有接頭。 不僅要進(jìn)行接頭的接線處理，還要清楚地標(biāo)記接頭的位置，如果發(fā)生測溫故障，要迅速找到補(bǔ)償導(dǎo)線的接頭位置進(jìn)行處理，找出補(bǔ)償導(dǎo)線引起的故障是不容易的。

補(bǔ)償導(dǎo)線

補(bǔ)償導(dǎo)線是與開口現(xiàn)場熱電偶相同類型的廉價熱電偶，其性能基本與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶一致。 現(xiàn)場使用的補(bǔ)償導(dǎo)線形式必須與安裝的熱電偶一致。 這可以從補(bǔ)償導(dǎo)線的電纜護(hù)套中找到具體形式，也可以通過補(bǔ)償導(dǎo)線內(nèi)部護(hù)套護(hù)套的顏色來識別。 如果補(bǔ)償導(dǎo)線的使用形式不正確，則導(dǎo)入測溫誤差，現(xiàn)場的k型熱電偶像e型補(bǔ)償導(dǎo)線那樣連接，則控制室的顯示溫度變高，現(xiàn)場的e型熱電偶與k型補(bǔ)償導(dǎo)線連接，則顯示溫度變低。

由于補(bǔ)償導(dǎo)線是廉價的熱電偶，其本身有正負(fù)之分，現(xiàn)場與熱電偶的接線、控制室二次計的接線必須正確對應(yīng)。 如果補(bǔ)償導(dǎo)線的一端與熱電偶或二次計的極性相反，則傳遞給二次計的熱電勢為負(fù)值，表示處理后的溫度為負(fù)值或低值(配置中的較小值)。 補(bǔ)償導(dǎo)線的現(xiàn)場和控制兩端的極性同時相反，相當(dāng)于現(xiàn)場的熱電偶毫米波信號的線路中加入負(fù)溫差電位，進(jìn)入二次計的毫米波電位變小，顯示溫度變小。

二次處理

二次處理計將導(dǎo)入的毫米波安培電壓信號與溫度對照，進(jìn)行熱電偶的冷卻溫度補(bǔ)償。 二次表結(jié)構(gòu)中選擇的熱電偶形式與現(xiàn)場不一致時，其換算測量的溫度會產(chǎn)生偏差。 如果二次計自身的測溫?zé)崦綦娮铚y量的環(huán)境溫度不正確，則換算后的現(xiàn)場溫度也會出現(xiàn)偏差。 并且，如果二次計算是輸出電流的溫度變送器，則輸出電流信號的溫度范圍必須與控制室內(nèi)的顯示結(jié)構(gòu)一致。

修理熱電偶時的檢查

熱電偶的修理通常分為熱電極自身精度的校正和套管磨損檢查。 熱電極的校正檢查雖然很重要，但是不是修理時必須要做的工作。 裝置正常工作時若熱電極本身發(fā)生故障，則從現(xiàn)場拆下進(jìn)行故障診斷和校正檢查。

熱電偶套管的檢查是修理時的重點(diǎn)工作，但在實(shí)際應(yīng)用中很多企業(yè)都忽視了。 熱電偶套管在日常使用中插入設(shè)備和配管，長期受到介質(zhì)的清洗腐蝕，外壁逐漸磨損，壁厚變薄，造成穿孔斷裂等極端狀況。 由于熱電偶套管在運(yùn)行中事故較輕會引起設(shè)備停車，嚴(yán)重時會引起火災(zāi)事故，因此檢查熱電偶套管的腐蝕程度是維修的重點(diǎn)工作。

套管檢查通常有人工肉眼檢查法和打擊試驗(yàn)法兩種方法。 壓力試驗(yàn)法用于高壓加氫裝置等高壓裝置，其熱電偶套管的密封性能無法用肉眼正確判斷，因此需要拆卸后使用專業(yè)的密封試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

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生產(chǎn)設(shè)備不在高壓環(huán)境下運(yùn)行時，熱電偶套管的磨損檢查通常用肉眼觀察法確認(rèn)，該方法快速方便，但容易浪費(fèi)。 現(xiàn)場拆除熱電偶套管后，用抹布清除套管外表面的污垢后，觀察套管外壁是否有明顯的磨損、腐蝕、麻孔等磨損腐蝕痕跡，如果不清楚的話更換墊圈使其恢復(fù)原狀，發(fā)現(xiàn)套管腐蝕嚴(yán)重時更換新套管。 通常，為了確保安全，在現(xiàn)場檢查熱電偶護(hù)套管時，如果有明顯的腐蝕痕跡，更換新的護(hù)套管，確保裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的安全性，但也會產(chǎn)生一定的熱電偶護(hù)套管的浪費(fèi)。

溫度測量范圍和容許誤差

熱電偶種類

代號

刻度

測定范圍℃

允許偏差δt℃

鉑銠30-鉑銠6

wrr(wrr )

乙組聯(lián)賽

0~800

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

鉑銠10-鉑

wrp(wrp )

s

0~1600

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

因科內(nèi)爾

wrn(wrn )

K

0~1300

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

因科內(nèi)爾

WRE

e

0~800

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

總結(jié)

熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問題時就無法應(yīng)對。

本文熱電偶高頻詞： 電勢  補(bǔ)償導(dǎo)線 

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