熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的應用

摘要:文章主要介紹了熱電偶的結構及其工作原理,著(zhù)重介紹了N型熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。
       熱電偶是一種感溫原件,它直接測量溫度,直接把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號，隨后通過(guò)電氣儀表轉換成被測介質(zhì)的溫度。
1熱電偶的工作原理
        兩種不同成份的導體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢.這種現象稱(chēng)為熱電效應，而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一-端叫做工作端(也稱(chēng)為測量端),另一端叫做冷端(也稱(chēng)為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì )指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。
       熱電偶實(shí)際上是一-種能量轉換器,它將熱能轉換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數;
(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(cháng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
(3)當熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。將兩種不同材料的導體或   半導體A和B焊接起來(lái),構成-一個(gè)閉合回路,如圖所示。當導體A利B的兩個(gè)執者點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,囚而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現象稱(chēng)為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來(lái)工作的。

2熱電偶的性能
       熱電偶是溫度測量中應用廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測溫范圍寬，性能比較穩定,同時(shí)結構簡(jiǎn)單,動(dòng)態(tài)響應好，更能夠遠傳4~20mA電信號,便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應。將兩種不同的導體或半導體連接成閉合回路,當兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí).回路中將產(chǎn)生熱電勢，這種現象稱(chēng)為熱電效應，又稱(chēng)為塞貝克效應。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成;溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同--導體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢,不同的導體具有不同的電子密度,所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同，而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導體相接觸時(shí),因為他們的電子密度不同所以產(chǎn)生一定的電子抄散，當他們達到--定的平衡后所形成的電勢，接觸電勢的大小取決于兩種不同導體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。目前國際上應用的熱電偶具有一一個(gè)標準規范，國際上規定熱電偶分為八個(gè)不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測量.溫度的低可測零下270℃，高可達1800℃，其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬重金屬,所以他們又被稱(chēng)為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱(chēng)為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結構有兩種,普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極、絕緣管、保護套管和接線(xiàn)盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護套管三者組合裝配后,經(jīng)過(guò)拉伸加工而成的一-種堅實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導線(xiàn)來(lái)進(jìn)行傳遞，這種導線(xiàn)我們稱(chēng)為補償導線(xiàn)。不同的熱電偶需要不同的補償導線(xiàn),其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠離電源，從而使參比端溫度穩定。補償導線(xiàn)又分為補償型和延長(cháng)型兩種,延長(cháng)導線(xiàn)的化學(xué)成分與被補償的熱電偶相同,但是實(shí)際中,延長(cháng)型的導線(xiàn)也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線(xiàn)代替。補償導線(xiàn)與熱電偶的連線(xiàn)一般都很明了,熱電偶的正極連接補償導線(xiàn)的紅色線(xiàn),而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線(xiàn)的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。
3N型熱電偶及其應用
(1)基本概念:鎳鉻一鎳硅熱電偶(N型)這種熱電偶是一種很有發(fā)展潛力的標準化鎳基合金熱電偶，是國際新認定的標準熱電偶,其分度為N。他的正極鎳84%,14%~14.4%的鉻，1.3%~1.6%的硅，不超過(guò)0.1%的其他元素;負極含鎳95%，4.2%~4.6%的硅,0.5%~1.5%的鎂。
       N型熱電阻是一種比K型熱電阻更好的，能用到1200℃的廉價(jià)金屬熱電偶，其抗氧化性能強，不受短程有序化的影響。除非有保護管保護,這種熱電偶也像K型熱電偶一樣,不能在高溫下用于硫,還原性火還原于氧化交替的氣氛中,高溫下不能用于真空中。
(2)應用:我國火電廠(chǎng)主蒸汽溫度的測量大都采用K型熱電偶作為一次元件，目前存在著(zhù)測溫精度不高的問(wèn)題。為了提高主蒸汽溫度測量的正確性,用N型熱電偶替換K型熱電偶是一個(gè)有效的技術(shù)措施。目前,N型熱電偶已在火電廠(chǎng)主蒸汽溫度測量中應用。N型熱電偶具有熱電特性穩定,使用壽命長(cháng)和非線(xiàn)性誤差小等優(yōu)點(diǎn),提高主蒸汽溫度測量的精度，滿(mǎn)足了火電機組運行規程的要求。在用N型熱電偶測量主蒸汽溫度成功應用的基礎.上，也可以用N型熱電偶測量過(guò)熱器和汽缸等金屬壁的溫度。

4結語(yǔ)
       熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，正是由于它們的應用使我們的生產(chǎn)變得更加地方便、快捷。尤其對于N型熱電偶來(lái)說(shuō),由于它的穩定性好,精度高等原因，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸代替K型熱電偶,所以N型熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)特別是在火電廠(chǎng)的應用中的發(fā)展前景好。