熱電偶電路及其原理和使用.doc

熱電偶電路及其原理和使用 一、熱電偶介紹：熱電偶屬于接觸式溫度測量儀表是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的溫度檢測儀表之一。它直接測量溫度，并把溫度信號轉(zhuǎn) 熱電偶換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。二、熱電偶工作原理：熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在Seebeck電動勢熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時，可接入測量儀表,測得熱電動勢后,即可知道被測介質(zhì)的溫度。三、熱電偶優(yōu)點：熱電偶是工業(yè)中常用的溫度測溫元件，具有如下特點：測量精度高：熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響。熱響應(yīng)時間快：熱電偶對溫度變化反應(yīng)靈敏。測量范圍大：熱電偶從-40+1600均可連續(xù)測溫。性能可靠，機(jī)械強(qiáng)度好。使用壽命長，安裝方便。四、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)：(1)熱電偶的種類熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)WRN系列，N型(鎳鉻硅-鎳硅鎂)WRM系列，E型(鎳鉻-銅鎳)WRE系列，J型(鐵-銅鎳)WRF系列，T型(銅-銅鎳)WRC系列，S型(鉑銠10-鉑)WRP系列，R型(鉑銠13-鉑)WRQ系列，B型(鉑銠30-鉑銠6)WRR系列等。(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式：熱電偶的基本結(jié)構(gòu)是熱電極，絕緣材料和保護(hù)管；并與顯示儀表、記錄儀表或計算機(jī)等配套使用。在現(xiàn)場使用中根據(jù)環(huán)境，被測介質(zhì)等多種因素研制成適合各種環(huán)境的熱電偶。熱電偶簡單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細(xì)分有耐高溫?zé)犭娕?，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉(zhuǎn)窯爐用熱電偶，陽極焙燒爐用熱電偶，高溫?zé)犸L(fēng)爐用熱電偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵及鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等。熱電偶也叫溫差電偶，是最早出現(xiàn)的一種熱電探測器件。其工作原理是溫差電效應(yīng)。例如，由兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成的接點，在接點處可產(chǎn)生電動勢。這個電動勢的大小和方向與該接點處兩種不同的導(dǎo)體材料的性質(zhì)和兩接點處的溫差有關(guān)。如果把這兩種不同的導(dǎo)體材料接成回路，當(dāng)兩個接頭處溫度不同時，回路中即產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。構(gòu)成溫差電偶的材料，既可以是金屬，也可以是半導(dǎo)體。在結(jié)構(gòu)上既可以是線、條狀的實體，也可以是利用真空沉積技術(shù)或光刻技術(shù)制成的薄膜。實體型的溫差電偶多用于測溫，薄膜型的溫差電堆(由許多個溫差電偶串聯(lián)而成)多用于測量輻射，例如，用來標(biāo)定各類光源，測量各種輻射量，作為紅外分光光度計或紅外光譜儀的輻射接收元件等。五、熱電偶應(yīng)用1 熱電偶的冷端溫度補償 在生產(chǎn)實際中，由于熱電偶的工作端(測量端)與冷端(參比端)離得很近，而且冷端又暴露在工作環(huán)境之中，因而容易受到周圍工作環(huán)境溫度波動的影響，所以冷端溫度難以保持恒定，造成測量不準(zhǔn)。實際應(yīng)用是用專用補償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸至溫度較低和比較穩(wěn)定的地方。在使用補償導(dǎo)線時，要注意兩個問題。其一，補償導(dǎo)線的型號要與熱電偶的型號相配。其二，熱電偶與補償導(dǎo)線連接端所處的溫度不超過100，否則補償導(dǎo)線所產(chǎn)生的金屬導(dǎo)體的溫差電勢不能忽略。2 熱電偶的安裝 1、熱電偶的安裝應(yīng)盡可能保持垂直，以防止保護(hù)套管在高溫下產(chǎn)生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測介質(zhì)的流向插入，以保證測溫元件與流體的充分接觸。 2、熱電偶應(yīng)安裝在有保護(hù)層的管道內(nèi)，以防止熱量散失。 3、熱電偶安裝在負(fù)壓管道中時，必須保證測量處的密封性，以防止外界冷空氣進(jìn)入，使讀數(shù)偏低。 4、熱電偶的接線盒面蓋應(yīng)向上，入線口應(yīng)向下，以避免雨水或灰塵進(jìn)入接線盒，影響測量精度。六、水泥企業(yè)常用熱電偶的選擇對于不同的測量系統(tǒng)或不同的工藝要求，我們可以根據(jù)其系統(tǒng)或工藝的測量范圍、測量狀態(tài)和介質(zhì)情況選用不同類型的熱電偶，工業(yè)熱工(如新型干法生產(chǎn)線的窯)常用的熱電偶見表1。 1、WRR熱電偶 其熱電特性在高溫下最為穩(wěn)定，適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用，但其產(chǎn)生的熱電勢小，因而靈敏度低，響應(yīng)速度慢，而且價格昂貴。由于WRR在低溫時熱電勢極小，因此當(dāng)熱電偶冷端溫度在40以下時，一般不需要進(jìn)行冷端溫度補償。 2、WRP熱電偶 適宜于在氧化性或中性介質(zhì)中使用，耐高溫，不易氧化和腐蝕，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的測量精度，可用于精密溫度測量和作基準(zhǔn)熱電偶(校準(zhǔn)用熱電偶)。 3、WRN熱電偶 適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用。500以下低溫范圍內(nèi)，也可在還原性介質(zhì)中進(jìn)行測量。其突出優(yōu)點是熱電勢大，靈敏度高，響應(yīng)速度快，線性度好，測溫范圍較寬，造價低，因而在工礦企業(yè)應(yīng)用廣泛。 4、WRE熱電偶 適宜在還原性或中性介質(zhì)中使用，其熱電勢比較大，靈敏度高，線性度非常好，價格便宜，缺點是測溫上限不高。在進(jìn)行熱電偶的選型時，除要注意上述熱電偶的使用環(huán)境、測量范圍、測量精度、靈敏度和響應(yīng)速度之外，還要注意熱電偶保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)、材料、耐壓強(qiáng)度及保護(hù)套管的插入深度等。對于精度要求較高，響應(yīng)速度和靈敏度要求較高的工藝測量點，必須選用較貴重的S型熱電偶；對于溫度較高，響應(yīng)速度和靈敏度要求不很高的工藝測量點，選用B型熱電偶：一般的工藝參數(shù)測量，我們選用經(jīng)濟(jì)實用的K型或E型熱電偶。例如：我公司窯尾煙室和分解爐的溫度測量，我們多選用S型或K型熱電偶。因為這兩處為動態(tài)溫度場，其溫度隨噴煤量的變化而變化，要準(zhǔn)確、快