工業(yè)熱電偶測溫原理與故障解除

摘要:熱電偶是一種非常重要的測溫元件,具有較為廣泛的測量范圍,且應用原理相對簡(jiǎn)單,易于安裝,已經(jīng)在電力生產(chǎn)行業(yè)及其他各類(lèi)工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)現了規?；瘧?然而其在實(shí)際應用階段仍然存在諸多問(wèn)題。下文將簡(jiǎn)要介紹工業(yè)熱電偶的測溫原理、種類(lèi)及結構形式,同時(shí)結合工程實(shí)際，明確常見(jiàn)的工業(yè)熱電偶故障問(wèn)題及處理措施,讓工業(yè)熱電偶得以發(fā)揮實(shí)效。
　　熱電偶溫度計的主要原理為熱電效應，可以依據熱電效應進(jìn)行溫度測量,其主要構成結構為熱電偶、顯示儀表及用于儀器連接的導線(xiàn),如果測溫系統發(fā)生了故障問(wèn)題,則可以借助顯示儀表的示值變化情況予以展現。若熱電偶所輸出的電勢發(fā)生異?；驘o(wú)電勢輸出,則可能導致顯示儀表中的示值溫度不穩定,或表現出數值偏高偏低的問(wèn)題。為此,要求化工儀表維修檢驗人員結合顯示儀表中的實(shí)際示數確定相應的故障問(wèn)題,分析故障原因,據此明確熱電偶及補償導線(xiàn)中所存在的故障問(wèn)題,并實(shí)施充分檢查,以修復設備。
1熱電偶測溫原理
　　作為一種十分常用的溫度檢測元件,熱電偶具有如下優(yōu)勢:第一,其測量精度相對較高,可以與被測對象進(jìn)行直接接觸;第二，免受中間介質(zhì)的影響;第三,其測量范圍相對較廣,通?？梢栽?50℃~+1600℃的溫度區間內實(shí)現連續測量,甚至有部分具有特殊性能的熱電偶的最低測量問(wèn)題可以達到-26℃,最高則可以達到+2800℃;第四,可以實(shí)現遠距離信號傳輸的目標，實(shí)現對于所測區域內溫度的集中檢測,并進(jìn)行自動(dòng)化控制，與DCS系統進(jìn)行充分配合;第五,可以針對局部區域內的溫度狀態(tài)實(shí)施檢測,其檢測精度可以精確到“點(diǎn)”;第六，可以實(shí)現快速的動(dòng)態(tài)響應，熱電偶的結構穩定性較高,不會(huì )在測溫過(guò)程中出現過(guò)為突出的熱慣性,可以實(shí)現對于整體測量過(guò)程的動(dòng)態(tài)化響應;第七,元件構造簡(jiǎn)單,便于使用。熱電偶的主要構成結構為兩種不同的金屬絲,其構造形式十分簡(jiǎn)單,且無(wú)需受到大小及開(kāi)頭的限制,在其外部含有保護套管裝置,使用相對便捷。
1.1熱電偶測溫基本原理
　　熱電偶測溫的基本原理為結合熱電效應原理,可以針對兩種不同類(lèi)型的金屬導體進(jìn)行連接,使其得以形成統一的回路。若所連接的亮點(diǎn)溫度不同,則可能在相應的測量回路中產(chǎn)生-定的電動(dòng)勢能,進(jìn)而形成電流,也即發(fā)生了熱效應。借助這-關(guān)系,可以精準測量出裝置中的熱電勢值,以達到良好的生產(chǎn)線(xiàn)溫度管控效果。通常而言,產(chǎn)生熱電偶的熱電勢需要滿(mǎn)足如下條件:首先,要求盡量確保測量介質(zhì)的性能,使其得以充分滿(mǎn)足熱電偶的熱電特性要求.同時(shí)具備良好的導電性能;其次,要求針對熱電偶參比端及測量端的溫差進(jìn)行充分管控,以維持一定的溫度差。
1.2熱電偶種類(lèi)及結構形成
1.2.1熱電偶種類(lèi)
　　可以將常見(jiàn)的熱電偶分成標準及非標準熱電偶兩種類(lèi)型,標準熱電偶是基于國家標準所制定的,可以充分規定熱電勢與溫度的實(shí)際關(guān)系,達到良好的誤差控制效果,同時(shí)具備統一的標準分度表的熱電偶裝置,可以結合與其相配套的顯示儀表進(jìn)行綜合使用。至于非標準化熱電偶,其數量級和使用范圍均存在一定限制，且難以達到標準化熱電偶的標準,不具備統一化的分度表,主要在特殊場(chǎng)合測量中得以應用。
1.2.2熱電偶的結構形式
　　為充分確保熱電偶工作的穩定性,要求針對其結構進(jìn)行如下設計:首先，要求盡量確保熱電偶不同熱電極焊接的牢固性;其次,為切實(shí)規避熱電偶短路問(wèn)題，要求確保兩熱電極的良好絕緣性能;再次,要求充分保障熱電偶自由端及補償導線(xiàn)連接的緊密性和可靠性;最后,針對熱電極及各類(lèi)有害介質(zhì)實(shí)施充分隔離，以達到良好的套管保護效果"。
1.3熱電偶冷端的溫度補償
　　工業(yè)熱電偶中所使用的材料普遍為貴重材料,若使用了貴金屬材料,則其成本會(huì )更高,然而由于測溫點(diǎn)與儀表裝置的距離通常相對較遠,為達到良好的熱電偶材料節約效果,以相應削弱施工成本,要求充分利用補償導線(xiàn)裝置,以實(shí)現對于熱電偶冷端的充分延伸,將導線(xiàn)延伸到具有穩定溫度環(huán)境的室內,并連接到儀表端子中。然而使用熱電偶補償導線(xiàn)時(shí),其作用往往只能起到延伸熱電極的效果,要求將其冷端向控制室中的儀表端子上移動(dòng)。而熱電偶自身難以達到良好的冷端溫度變化控制效果,且難以充分補償溫度變化情況。熱電偶補償導線(xiàn)往往只能延伸到熱電極中,并據此實(shí)現良好的熱電偶冷端移動(dòng)控制效果,將其移動(dòng)到控制室的儀表端子位置上,普遍難以充分消除冷端溫度變化的影響,且無(wú)法發(fā)揮補償作用。為此,要求適當采取其他修正方法,以達到良好的冷端溫度補償效果，削弱其對于測溫的影響。
　　利用熱電偶的補償導線(xiàn),可以在-定的溫度范圍內發(fā)揮良好的熱電性能優(yōu)勢,可以實(shí)現對于熱電偶電極及金屬材料的有效控制,且所使用的金屬材料價(jià)格相對低廉,可以將其作為連接熱電偶及二次儀表裝置的導線(xiàn)。
2熱電偶典型故障問(wèn)題及處理方法
2.1熱電偶或補償導線(xiàn)短路
2.1.1熱電偶兩極短路
　　如果熱電極中兩個(gè)電極的絕緣部件出現了損壞，便可能導致電極短路,當短路問(wèn)題過(guò)于嚴重時(shí),便會(huì )直接在顯示儀表中顯示,讓相關(guān)人員可以確定短路位置的實(shí)際溫度狀態(tài)。而此時(shí)的熱電偶熱力勢會(huì )顯著(zhù)低于其實(shí)際值,導致其中的指示值相對較低,其數值一般為室溫。
2.1.2熱電偶補償導線(xiàn)短路
　　針對熱電偶裝置與補償導線(xiàn)進(jìn)行連接,如果操作人員未能充分關(guān)注連接問(wèn)題,或未能充分保障熱電偶接頭位置的整潔度,接線(xiàn)盒保護蓋受損導致導線(xiàn)裝置受潮、接頭處掉進(jìn)金屬雜質(zhì),都可能造成熱電偶導線(xiàn)短路問(wèn)題。---旦發(fā)生短路問(wèn)題,則可能導致熱電偶被短接,此時(shí)所測得的問(wèn)題多為環(huán)境溫度或接線(xiàn)盒位置處的溫度,其數值明顯低于被測介質(zhì),且其熱力勢及顯示儀表示值溫度均顯著(zhù)低于實(shí)際值。
　　應對方法:針對熱電偶兩極的短路故障原因進(jìn)行分析,若由于熱電偶絕緣子損壞而導致短路問(wèn)題,則要求立即更換絕緣子部件;若由于灰塵、雜質(zhì)在熱電偶接線(xiàn)盒及接線(xiàn)柱位置處大量積聚而引發(fā)熱電偶短路問(wèn)題，則需要立即清掃灰塵、清潔接線(xiàn)柱;若因為接線(xiàn)盒保護蓋未能蓋緊而導致水汽大量涌人,造成熱電偶裝置短路,則要求實(shí)施干燥處理;若因為補償導線(xiàn)短路所引起,則要求立即找出其中的短路故障位置，并對該故障位置實(shí)施絕緣處理,同時(shí)更換補償導線(xiàn)裝置。
2.2接觸不良
　　一般而言,補償導線(xiàn)及熱電偶裝置中導線(xiàn)都有著(zhù)相對較硬的質(zhì)地,且難以實(shí)現緊固連接,可能導致補償導線(xiàn)和熱電偶接頭處的接頭接觸不良,難以達到良好的儀表接頭連接效果。保持熱電偶的熱電勢不變,如果因為裝置接觸不良而導致接觸電阻值增加,則可能造成儀表示值溫度顯著(zhù)減低,遠遠低于測量區域內的實(shí)際溫度,同時(shí)也可能直接影響輸出結果的穩定性。應對方法:擰緊接線(xiàn)柱螺絲,同時(shí),從保護套管中取出熱電偶的熱電極,以明確其中的故障點(diǎn)并進(jìn)行消除。若需要在長(cháng)距離內進(jìn)行補償導線(xiàn)敷設,但是補償導線(xiàn)的長(cháng)度難以保障,需要進(jìn)行接線(xiàn)處理,則要求操作人員針對2根補償導線(xiàn)進(jìn)行充分連接,以保障其接頭處的連接問(wèn)題。同時(shí),要求在絕緣包扎后正式投人使用,然而,若使用一段時(shí)間后出現了測量值與實(shí)際值偏差較多的情形,造成了較大的測量誤差，則可以通過(guò)如下方式進(jìn)行處理:為充分延長(cháng)補償導線(xiàn)的長(cháng)度,要求針對相同規格的補償導線(xiàn)及原補償導線(xiàn)進(jìn)行充分連接，分別連接導線(xiàn)的正極和負極,使其得以緊密焊接,并在此基礎上實(shí)施絕緣處理,以實(shí)現對于接點(diǎn)處接觸電阻的充分管控,并在規定時(shí)間內進(jìn)行使用。
2.3斷路故障
　　在熱電偶裝置的熱電極上含有絕緣管設施,可以達到良好的熱電極短路預防效果,絕緣管的主要材料為耐火陶瓷、Al2O3管及MgO管。造成裝置短路問(wèn)題的主要原因在于熱電偶熱電極自身結構斷線(xiàn)，同時(shí)如果保護套管破裂,也可能導致熱電極發(fā)生氧化劣化,若熱電極未能完全斷裂,且未能保持穩定的熱電勢輸出狀態(tài),都可能相應影響顯示儀表示值的穩定性。--旦裝置徹底斷開(kāi),且顯示儀表中無(wú)指示,則可以通過(guò)如下方式進(jìn)行處理。
　　首先,要求斷開(kāi)補償導線(xiàn)及熱電偶的連接,拆開(kāi)其連接點(diǎn)位置,利用萬(wàn)用表歐姆檔進(jìn)行測量,以確定熱電偶的冷端電阻,明確其斷線(xiàn)狀態(tài)。若阻值數值的顯示為無(wú)窮大,則表明熱電偶的熱電極出現了斷線(xiàn)問(wèn)題,需要發(fā)現熱電偶的斷線(xiàn)位置,剪斷電極端頭,并實(shí)施重新焊接。其次,要求在實(shí)施焊接作業(yè)時(shí)充分關(guān)注測量端焊接質(zhì)量,通過(guò)牢固的焊接,讓焊接金屬表面得以保持金屬光澤,以提升其表面結構的光滑度,避免出現過(guò)多的夾渣及裂紋。最后,若難以充分保障保護套管及內部絕緣管膨脹系數的-致性,則要求更換保護套管及絕緣管裝置,使用與其材料相同的絕緣管裝置,以保持保護套管及絕緣管內熱膨脹系數的一致性。
2.4測量線(xiàn)路絕緣損壞
　　實(shí)施熱電偶安裝,則可能由于熱電偶接線(xiàn)盒故障而導致導線(xiàn)點(diǎn)絕緣層發(fā)生破損或漏電問(wèn)題,常見(jiàn)的故障問(wèn)題主要表現為顯示器儀表溫度較低或溫度輸出狀態(tài)不穩定。
　　應對方法:使用兆歐表進(jìn)行測量,以確定補償導線(xiàn)與儀表外殼的絕緣電阻值,要求將常溫環(huán)境中的絕緣電阻值控制在5Mn以?xún)?。明確電路中是否已經(jīng)實(shí)現了接地，同時(shí)，發(fā)現絕緣層中的破損點(diǎn),并實(shí)施絕緣處理。
2.5補償導線(xiàn)用錯或極性接反
　　若出現此類(lèi)問(wèn)題,可能導致顯示儀上的數值與所測實(shí)際溫度存在出人,為此,要求充分確保補償導線(xiàn)選型.與熱電偶型號的一致性,具體可以通過(guò)如下方式進(jìn)行處理。
　　首先,拆開(kāi)補償導線(xiàn),并與熱電偶的接點(diǎn)位置重新連接,讓熱電偶得以與補償導線(xiàn)的正極、負極進(jìn)行連接;其次,及時(shí)更換補償導線(xiàn)及熱電偶裝置;最后,結合具體的儀表類(lèi)型,確定補償導線(xiàn)的實(shí)際線(xiàn)徑,以促進(jìn)測量準確性提升問(wèn)。
3結語(yǔ)
　　熱電偶裝置是一種十分典型的自發(fā)電類(lèi)傳感器，該設備已經(jīng)在溫度測量領(lǐng)域中實(shí)現了廣泛運用,然而仍然存在諸多限制,若無(wú)法充分關(guān)注設備安裝調試環(huán)節的細節,則可能?chē)乐赜绊懻w系統運行的穩定性,無(wú)法得到精準的溫度測量結果。為此,要求提高對于儀表維修工作的關(guān)注.需要相關(guān)工作人員不斷提升自身的專(zhuān)業(yè)技能水平,可以結合所需知識進(jìn)行故障判定,積極采用合理的方法,以排除故障問(wèn)題,降低測量誤差，讓熱電偶裝置的使用壽命得以切實(shí)延長(cháng)。