在工業(yè)生產(chǎn)過程中,溫度是需要測量和控制的重要參數(shù)之一。從理論上講,任何兩種不同導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)都可以配制成熱電偶,但是作為實用的測溫元件,對它的要求是多方面的。在溫度測量中,熱電偶的應(yīng)用極為廣泛,它具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高、慣性小和輸出信號便于遠傳等許多優(yōu)點。另外,由于熱電偶是一種無源傳感器,測量時不需外加電源,使用十分方便,所以常被用作測量爐子、管道內(nèi)的氣體或液體的溫度及固體的表面溫度。
主要特點:
1、裝配簡單,更換方便;
2、壓簧式感溫元件,抗震性能好;
3、測量精度高;
4、測量范圍大(-200℃~1300℃,特殊情況下-270℃~2800℃);
5、熱響應(yīng)時間快;
6、機械強度高,耐壓性能好;
7、耐高溫可達2800度;
8、使用壽命長。由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi),連接到儀表端子上。
熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對它的結(jié)構(gòu)要求如下:
1、組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;
2、兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
3、補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
4、保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
在生產(chǎn)中由于被測對象不同,環(huán)境條件不同,測量要求不同,和熱電阻的安裝方法及采取的措施也不同,需要考慮的問題比較多,但原則上可以從測溫的準(zhǔn)確性、安全性、維修方便三個方面來考慮。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。
為避免測溫元件損壞,應(yīng)保證其有足夠的機械強度,為保護感溫元件不受磨損應(yīng)加保護屏或保護管等,為確保安全、可靠,測溫元件的安裝方法應(yīng)視具體情況(如待測介質(zhì)的溫度、壓力、測溫元件的長度及其安裝位置、形式等)而定。下面僅舉幾例以引起注意:
凡安裝承受壓力的測溫元件,都必須保證其密封性。高溫下工作的熱電偶,為防止保護管在高溫下產(chǎn)生變形,一般應(yīng)垂直安裝,若必須水平安裝則不宜過長,并用支架保護熱電偶。若測溫元件安裝于介質(zhì)流速較大的管道中,則其應(yīng)傾斜安裝。為防止測溫元件受到過大的沖蝕,安裝在管道的彎曲處。當(dāng)介質(zhì)壓力超過10MPa時,必須在測量元件上加保護外套。熱電偶/熱電阻的安裝部位還應(yīng)考慮其拆裝、維修、校驗的足夠空間和場地,具有較長保護管的熱電偶、熱電阻應(yīng)能方便地拆裝。
露端式熱電偶允許連接點頂端深入到周圍環(huán)境中,這種類型可提供的響應(yīng)時間,但于在非腐蝕、非危險及非加壓應(yīng)用中使用。在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度差不能超過100℃。響應(yīng)時間以時間常數(shù)來表示,時間常數(shù)定義為傳感器在被控環(huán)境中在初始值和終值之間改變63.2%所需的時間。露端式熱電偶具有快的響應(yīng)速度,而且探針護套直徑越小,則響應(yīng)速度就越快,但其允許測量溫度也就越低。延伸線熱電偶延伸線是一對具有與其相連熱電偶相同溫度電磁頻率特征的線。當(dāng)連接合適時,延伸線將參考連接點從熱電偶轉(zhuǎn)接至線的另一端,而這一端通常位于被控環(huán)境中。