耐火極限試驗中試件表面測溫熱電偶溫度問(wèn)題

摘要：針對耐火極限試驗過(guò)程中背火面測溫熱電偶出現溫度跳躍、偏離等問(wèn)題，分析可能原因。嘗試提出改善以上問(wèn)題的方法。
1熱電偶的工作原理
      熱電偶是利用塞貝克熱電效應制成的。兩種不同材料的導體組成閉合回路,回路的兩端分別稱(chēng)作熱端(工作端)和冷端(自由端)。當這兩端溫度不同時(shí)，整個(gè)回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢,此電動(dòng)勢至于熱電極的材料和兩端的溫度有關(guān),與熱電偶的形狀和幾何尺寸無(wú)關(guān)?；芈分锌傠妱?dòng)勢的方向與熱電偶兩端溫度有關(guān)。倘若熱電偶的兩極材料相同，則兩點(diǎn)處接觸電勢為零,而兩熱電極溫差電勢大小相等，方向相反,因此回路總熱電勢等于零。如果熱電偶兩端溫度相同,則兩熱電極的溫差電勢等于零,而兩接點(diǎn)處的接觸電勢大小相等,方向相反,回路中總熱電勢也等于零。因此，只有當熱電偶兩接觸點(diǎn)溫度不同時(shí)才有熱電勢產(chǎn)生。用測量?jì)x表測得熱電勢的數值后,便可間接知道相應的溫度或者直接由測量?jì)x表指示出溫度凹，如圖1所示。

2耐火極限試驗中熱電偶測溫問(wèn)題
      本文耐火極限試驗中使用的試件背火面測溫熱電偶為鎳鉻-鎳硅K型熱電偶。為了得到良好的熱接觸,在熱電偶工作端低溫焊接直徑12mm、厚0.2mm的圓形銅片(圖2)。試驗過(guò)程中用長(cháng)寬均為30mm、厚度2mm的石棉襯墊通過(guò)耐熱膠將熱電偶工作端銅片固定在試件表面(圖3)控制系統默認每隔一分鐘采集一-次溫度信息,繪制溫度-時(shí)間曲線(xiàn)。但在實(shí)際試驗過(guò)程中偶爾會(huì )遇到測溫熱電偶溫度高低跳躍、溫度偏離實(shí)際,誤差過(guò)大等問(wèn)題。以上問(wèn)題嚴重影響試驗進(jìn)程以及最終對試驗試件的品質(zhì)判定。就本次試驗來(lái)說(shuō)，采用垂直構件耐火試驗爐,安裝樣品到試驗框架上往往需要耗費大量時(shí)間。由于熱電偶的溫度問(wèn)題導致試驗中止,則需要拆毀原有樣品重新安裝完好的新樣品。不僅會(huì )浪費人力物力,而且也會(huì )延長(cháng)試驗周期給客戶(hù)帶來(lái)不必要的煩惱。

3 耐火極限試驗中熱電偶溫度跳躍、偏離問(wèn)題分析
1) 熱電偶貼點(diǎn)過(guò)程不嚴謹
      貼點(diǎn)時(shí)用隔熱墊固定熱電偶在試件表面需要涂抹耐高溫膠,并且在圓銅片和試件之間及圓銅片與隔熱墊之間不應有任何膠,允許存在十分細小的空隙。然而實(shí)際人工操作過(guò)程中很難避免操作誤差導致銅片粘膠、隔熱墊固定不.嚴銅片與試件存在間隙、銅片與試件接觸面有污物等。
2)熱電偶布置位置不正確
      熱電偶的布置應距離熱氣流、結合點(diǎn)和貫通連接緊固件(如螺釘、銷(xiāo)釘等)、以及會(huì )被穿過(guò)試件的熱煙氣直接沖擊的位置不應小于50mm。熱電偶不應貼在會(huì )產(chǎn)生較高溫度類(lèi)似螺釘.釘子或夾子等緊固件上。不應貼在表面直徑小于12mm非貫通緊固件上。當不注意以上要求時(shí),都會(huì )產(chǎn)生溫度偏離的現象。
3)熱電偶與巡檢儀接觸不良
      之前在試驗中遇到新替換的熱電偶開(kāi)始時(shí)比較正確，使用十多次后開(kāi)始出現溫度偏離。連續更換三家熱電偶供應商，溫度偏離問(wèn)題一直沒(méi)有解決。利用排除法,選擇更換巡檢儀接口、清理接口塵土。最終問(wèn)題得到了解決,因此推斷此次問(wèn)題誘因是熱電偶與巡檢儀接口處受塵土等污染產(chǎn)生的干擾。
4)熱電偶的劣化
      熱電偶在使用中由于受到環(huán)境、腐蝕性氣體等因素的影響，常常會(huì )出現老化的現象，也就是常說(shuō)的熱電偶的劣化。熱電偶的劣化是長(cháng)期量變過(guò)程,將隨熱電偶的種類(lèi)、直徑、使用溫度、環(huán)境、時(shí)間的不同而變化。劣化將會(huì )改變熱電偶的熱電特性或超出允許誤差、脆斷凹。
5)測量回路接地,串人附加地電勢
      試件安裝過(guò)程中，安裝人員為了固定試件會(huì )使用槽鋼、鋼筋等焊接在框架上。這樣就無(wú)形中串人了附加地電勢。在熱電偶回路中存在著(zhù)四個(gè)電勢,即兩個(gè)接觸電動(dòng)勢和兩個(gè)溫差電動(dòng)勢。熱電偶回路的總電動(dòng)勢為:

      在熱電偶回路（圖4）中同種材料溫差電動(dòng)勢只占極小部分，且它們正負抵消一部分，因此可以忽略不計，故式（1）可以簡(jiǎn)化成式（2）：

      式(2)表明,熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢只隨熱端(工作端)溫度的變化而變化,即一定的熱電動(dòng)勢對應著(zhù)- -定的溫度。我們通過(guò)測量熱電動(dòng)勢的方法就達到了測溫的目的。當回路接地、串人附加地電勢以后,測eaB(t)可能等于零或者小于ea(t),這樣EAa(to)將出現負數,并且極不穩定凹。
4耐火極限試驗中熱電偶溫度跳躍、偏離問(wèn)題解決
1)嚴格按照標準要求貼點(diǎn)
      貼點(diǎn)前認真清理銅片以及試件上接觸位置的污物。若使用耐高溫膠和石棉襯墊輔助固定熱電偶時(shí),操作過(guò)程中盡量避免耐高溫膠污染接觸點(diǎn)。隔熱襯墊均勻涂膠將銅片固定在試件上,盡量使銅片與試件貼合。.
2)遠離干擾因素布置熱電偶
與安裝試件的施工人員充分溝通，了解試驗試件的結構。標注安裝中輕鋼龍骨、螺釘、銷(xiāo)釘具體位置。除以上關(guān)鍵點(diǎn)外還要避免在試樣接縫處或可能的煙氣沖擊處貼點(diǎn)。
3)定期維護熱電偶和巡檢儀
由于本實(shí)驗室巡檢儀和熱電偶的接口留在了爐體旁，場(chǎng)地限制導致施工安裝活動(dòng)在室內進(jìn)行。雖然對巡檢儀做了設備箱進(jìn)行封裝,但難免施工過(guò)程中會(huì )有塵土進(jìn)人到箱體里。因此建議在設備設計之初對巡檢儀等設備位置進(jìn)行統一規劃,盡量遠離污染源和千擾源。條件允許的話(huà)對熱電偶與巡檢儀接口處進(jìn)行密封處理,盡量降低環(huán)境污染對熱電偶的干擾。
4)延緩熱電偶的劣化
熱電偶的劣化現象是不可避免的,因此只能延緩劣化進(jìn)程。為了可靠地測量溫度,必須選擇引起劣化最小的使用條件和適宜的熱電偶材質(zhì),并能推斷劣化進(jìn)展的情況,及時(shí)地更換熱電偶。
5)避免接地等現象
接地現象主要是出現在試件安裝施工過(guò)程中，因此作為試驗人員應該時(shí)刻關(guān)注并了解安裝人員的具體施工內容、試件結構。如安裝過(guò)程中出現可能對測量結果產(chǎn)生干擾的結構，應及時(shí)與廠(chǎng)家或者施工人員進(jìn)行溝通排除干擾現象。
5 結語(yǔ)
      本文只是針對耐火極限試驗過(guò)程中熱電偶測溫偏離，溫度跳躍問(wèn)題的原因進(jìn)行了分析。通過(guò)對可能出現問(wèn)題的分析和處理，盡可能使試驗過(guò)程更加穩定，實(shí)驗數據更加嚴謹。有助于提升試驗質(zhì)量和效率，并有助于降低運行成本。