工業(yè)熱電阻及其在化工生產(chǎn)中的正確使用

摘要:工業(yè)熱電阻在化工生產(chǎn)中普遍應用，從安裝、使用角度闡述了如消除導線(xiàn)電阻、熱傳遞滯后,溫度梯度、熱輻射等因素造成的誤差,保證溫度測量及時(shí)、正確可靠,保障化工生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
1.引言
      溫度是化工生產(chǎn)中既普遍又重要的操作參數，任何一種化工生產(chǎn)過(guò)程都伴隨營(yíng)物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)的改變。都必然有能量的轉化和交換,而熱交換是能量轉換中普遍的交換形式。有些化學(xué)反應與溫度有著(zhù)直接的關(guān)系。所以溫度的測量與控制是保證化工生產(chǎn)實(shí)現穩產(chǎn)、高產(chǎn)、安全、優(yōu)質(zhì)、低消耗的關(guān)鍵之一。因此溫度的測量在化工生產(chǎn)中有著(zhù)非常重要的意義。
      測溫儀表種類(lèi)繁多,其中熱電阻溫度計以其測溫精度高,便于遠傳、多點(diǎn)集中測量和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)而在化工生產(chǎn)中應用普遍。其測溫原理就是利用導體(或半導體)的電阻值隨著(zhù)溫度變化這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測量的。即把溫度的變化所引起導體電阻的變化，通過(guò)測量電路轉換成電壓信號，然后送人顯示儀表以指示或記錄被測溫度的。熱電阻溫度計適用測量-200℃~+500℃范圍內液體、氣體、蒸汽及固體表面的溫度。目前常用的熱電阻是鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。
      任何事物都是一分為二的，熱電阻作為溫度自動(dòng)控制系統中的檢測元件，雖精度高、穩定性好、性能可靠,但其使用的工況是千差萬(wàn)別的，有許多使用在高溫、高腐蝕、高強度等環(huán)境下，如果安裝、使用不當,必然存在導線(xiàn)電阻、熱傳遞滯后、溫度梯度、熱輻射等因素造成的誤差,從而不能保證現場(chǎng)溫度檢測的正確及時(shí)，致使溫度自動(dòng)控制系統失控,嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為能及時(shí)、正確、有效地進(jìn)行溫度測量,正確安裝使用熱電阻是重要的-個(gè)環(huán)節。
2熱電阻測溫時(shí)應注意的問(wèn)題
2.1熱電阻與其配套的二次儀表連接不當引起的誤差及消除方法
      在生產(chǎn)現場(chǎng)曾經(jīng)發(fā)現熱電阻測溫回路中，顯示儀表指示偏高,排除顯示儀表、熱電阻故障后,發(fā)現是因為熱電阻與測量橋路連接不當導致此誤差。因熱電阻僅僅是把被測溫度的變化轉換成了電阻值的變化，為了直觀(guān)地把被測溫度的數值顯示出來(lái)，就必須采用與它配套使用的二次儀表及連接導線(xiàn)組成完整的測溫系統，才能達到上述目的。但二次儀表要求輸人的信號是毫伏信號,就需要設法將熱電阻隨溫度變化的電阻值轉換成毫伏信號送人二次儀表,以指示出被測對象的溫度。為達到此目的，二次儀表一般都采用不平衡電橋測量線(xiàn)路。如圖1所示連接,即熱電阻是在電橋的橋臂中，連接熱電阻的兩根導線(xiàn)都分布在橋路的一個(gè)橋臂上,即二線(xiàn)制接法。由于熱電阻與二次儀表之間一般都有一段較長(cháng)的距離，因此兩根連接導線(xiàn)的電阻隨溫度的變化，將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一一個(gè)橋臂上，使測量產(chǎn)生，較大誤差。為了消除線(xiàn)電阻帶來(lái)的測量誤差,我們在生產(chǎn)中采用三線(xiàn)制接線(xiàn)，從而抵消電阻產(chǎn)生的誤差。如圖2所示連接:即從熱電阻引出三根導線(xiàn)，把兩根連接導線(xiàn)分別接人橋路的兩個(gè)相鄰的橋臂上，而把第三根導線(xiàn)與穩壓電源的負極相接即可。這樣,由于環(huán)境溫度變化而引起的連接導線(xiàn)電阻的變化對溫度測量的影響即可相互抵消。為了減小因導線(xiàn)電阻不同而造成的誤差，生產(chǎn)中使用的二次儀表連接端子處均有調整電阻，以便通過(guò)調整它們的阻值使每根連接導線(xiàn)獲得相等的阻值,一般均≤5歐姆。


2.2電阻與保護管裝配不當引起的溫度滯后及消除方法
      生產(chǎn)中發(fā)現，當現場(chǎng)設備(管道)內被測介質(zhì)溫度己發(fā)生變化,而控制室內顯示儀表不能快速、及時(shí)正確的反映出來(lái)，自動(dòng)控制系統無(wú)法及時(shí)正確進(jìn)行調節,對生產(chǎn)造成不良后果。查其原因,是因熱電阻與保護套管裝配不當導致測溫滯后引起。為了使熱電阻免受腐蝕介質(zhì)的侵蝕、塵物、粉物的磨損和外來(lái)機械損傷,延長(cháng)使用壽命,應在熱電阻溫度計外面加裝保護管。保護管的選用一般是根據測量范圍、插人深度、環(huán)境氣氛以及測溫的時(shí)間常數等條件來(lái)決定。熱電阻在現場(chǎng)安裝時(shí)分為熱電阻與保護管壁底部直接接觸(接觸式安裝)和熱電阻與保護管不直接接觸、之間存有一定空隙(非接觸式安裝)兩種情況。在使用中發(fā)現兩種裝配方式,雖然最終溫度指示還能達到一致,但溫度滯后相差很大。非接觸式安裝時(shí)隨著(zhù)調節對象慣性的增大,溫度的時(shí)間滯后也隨之增大。如果時(shí)間滯后過(guò)大時(shí),便可引起控制系統失調,直接影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了消除非接觸式安裝帶來(lái)的測溫滯后現象，我們可在套管之間加裝傳熱良好的填充物。當被測介質(zhì)的溫度低于150℃時(shí),可充人變壓器油，當被測介質(zhì)溫度高于150℃時(shí)，可填充銅屑或石英砂,以保證傳熱良好。
2.3溫點(diǎn)選擇不當造成的誤差及消除方法
      現場(chǎng)用熱電阻進(jìn)行溫度測量時(shí)，有時(shí)會(huì )發(fā)現溫度指示不穩定，在排除了測量橋路和二次儀表故障后，會(huì )發(fā)現是熱電阻選取測量點(diǎn)不當造成的。由于熱電阻是通過(guò)與被測介質(zhì)進(jìn)行熱交換而測溫的,因此,必須使熱電阻與被測介質(zhì)能進(jìn)行充分的熱交換，感溫元件放置的方式與位置應有利于熱交換的進(jìn)行，當熱電阻順著(zhù)介質(zhì)流向插人或把熱電阻插至被測介質(zhì)的死角區域時(shí)，就不能實(shí)現正確測量。如果要消除上述現象造成的誤差,就應在現場(chǎng)安裝熱電阻時(shí)，使它與被測介質(zhì)形成逆流，即迎著(zhù)介質(zhì)流向插人,至少須與被測介質(zhì)流向成90角,不得形成順流。測量管道中流體的溫度時(shí),熱電阻的工作端應處于管道中流速最大處,熱電阻保護管的末端應越過(guò)流束中心線(xiàn)，鉑電阻約為50-70mm,銅電阻約為25一30mm。
2.4熱電阻插入深度不足造成的誤差及消除方法
      現場(chǎng)偶有發(fā)現,冬天熱電阻測溫時(shí),比正常溫度偏低,為何出現此現象?原來(lái)是熱電阻插人深度不足，其外露部分置于空氣流通中,造成熱量損失而產(chǎn)生的測量誤差。如要消除此誤差，首先必須使熱電阻有足夠的插人深度。實(shí)踐證明,隨著(zhù)熱電阻插人深度的增加,測溫誤差減小。因此,在安裝時(shí)應保證最大的插人深度，盡可能使受熱部分增長(cháng)。根據生產(chǎn)實(shí)踐證明,無(wú)論多大的管道,溫度計的插人深度到300mm時(shí)已足夠。其次,為減少熱電阻外露部分的熱損失，應對其外露部分進(jìn)行適當保溫,可加裝保溫層。
2.5熱輻射引起的測溫誤差及消除方法
      在生產(chǎn)中會(huì )發(fā)現當被測介質(zhì)的溫度很高并且與設備(管道)壁表面溫度相差很大時(shí)，就會(huì )在溫度測量時(shí)產(chǎn)生誤差。通過(guò)分析可知是熱輻射引起的測量誤差。要消除此誤差,就應盡量減小被測介質(zhì)與設備(管道)壁表面之間的溫度差,為此，我們在安裝熱電阻的地方，如果器壁暴露于空氣中,則應在其表面包裹一層絕熱層(如石棉等),必要時(shí),可在測溫元件與器壁之間加裝防輻射罩，以消除熱電阻與器壁間的直接輻射作用。
防輻射罩如下圖所示:

3結論
      綜上所述，熱電阻是工業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的主要儀表,做到正確使用和安裝熱電阻,是保證溫度測量及時(shí)、正確、可靠的關(guān)鍵，是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)順利進(jìn)行的保障。