熱電偶與熱電阻溫度計(jì)在工程中應(yīng)用

摘要:熱電偶和熱電阻溫度計(jì)屬于接觸式溫度計(jì),由于其無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)成為工礦企業(yè)常用的溫度測(cè)量元件。正確的安裝熱電偶和熱電阻傳感器是保證其測(cè)量精度和使用壽命的重要因素。
1熱電偶的基本原理
　　熱電偶溫度計(jì)屬于接觸式溫度測(cè)量元件。是根據(jù)熱電效應(yīng)即塞貝克效應(yīng)原理來(lái)測(cè)量溫度的，是溫度測(cè)量中常用的測(cè)溫元件。將不同材料的導(dǎo)體A、B接成閉合回路接觸測(cè)溫點(diǎn)的一-端稱為測(cè)量端(或工作端),另-端稱為參比端(或自由端)。若測(cè)量端和參比端所處溫度t和t0不同，則在回路的A、B之間就產(chǎn)生熱電勢(shì)EAB(t,t0),這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng),即熱電效應(yīng)。EAB大小隨導(dǎo)體A、B的材料和兩端溫度t和t0而變,這種回路稱為原型熱電偶。在實(shí)際應(yīng)用中,將A、B的一端焊接在-起作為熱電偶的測(cè)量端放到被測(cè)溫度t處,而將參比端分開(kāi),用導(dǎo)線接人顯示儀表,并保持參比端接點(diǎn)溫度t0穩(wěn)定。顯示儀表所測(cè)電勢(shì)只隨被測(cè)溫度t而變化。
　　在熱電偶回路中接人第三種金屬材料時(shí),只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變,即不受第三種金屬接人回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí),可接入測(cè)量?jī)x表,測(cè)得熱電勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
2熱電偶溫度計(jì)的選擇
　　常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,一般也沒(méi)有統(tǒng)-的分度表,主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。
　　由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)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。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法求補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。
　　熱電偶溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)中有著非常廣泛的應(yīng)用，熱電偶的選擇首先應(yīng)根據(jù)被測(cè)溫度的上限,正確地選擇熱電偶的熱電極及保護(hù)套管;根據(jù)被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn),選擇熱電偶的規(guī)格及尺寸。熱電偶按結(jié)構(gòu)形式可分為普通工業(yè)型、鎧裝型及特殊型等。鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者組合加工而成，它可以做得很細(xì)很長(zhǎng),在使用中可以隨測(cè)量需要進(jìn)行彎曲,其特點(diǎn)是:熱情性小熱接點(diǎn)處的熱容量小、壽命較長(zhǎng)、適應(yīng)性強(qiáng)等,應(yīng)用廣泛。實(shí)際測(cè)量中，如果測(cè)量值偏離實(shí)際值太多,除熱電偶安裝位置不當(dāng)外,還有可能是熱電偶偶絲被氧化、熱電偶測(cè)量端焊點(diǎn)出現(xiàn)砂眼等。
3熱電偶測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)
3.1測(cè)量精度高。因熱電偶直接與被測(cè)對(duì)象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
3.2測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50℃-+1600℃均可連續(xù)測(cè)量,某些特殊熱電偶最低可測(cè)到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。
3.3結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開(kāi)頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來(lái)非常方便。
4熱電阻的基本原理
　　熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一-種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測(cè)量精度是高的,它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫,而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成,目前應(yīng)用最多的是鉑和銅，此外,現(xiàn)在已開(kāi)始采用鎳、錳和銠等材料制造熱電阻。
5熱電阻的類型
5.1普通型熱電阻:普通型熱電阻從熱電阻的測(cè)溫原理可知,被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量的，因此,熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測(cè)量帶來(lái)影響。
5.2鎧裝熱電阻:鎧裝熱電阻是由感溫元件(電阻體)、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體,它有下列優(yōu)點(diǎn):1)體積小，內(nèi)部無(wú)空氣隙,熱慣性好，測(cè)量滯后小;2)機(jī)械性能好、耐振,抗沖擊;3)能彎曲,便于安裝;4)使用壽命長(zhǎng)。
5.3端面熱電阻:端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制,緊貼在溫度計(jì)端面。它與一般軸向熱電阻相比,能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度,適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。
5.4隔爆型熱電阻:隔爆型熱電阻通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的接線盒,把其外殼內(nèi)部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內(nèi)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級(jí)區(qū)內(nèi)具有爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的溫度測(cè)量。
6熱電阻測(cè)溫的優(yōu)點(diǎn)
　　在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測(cè)量500℃以上的較高溫度。對(duì)于500℃以下的中、低溫度,熱電偶的輸出的熱電勢(shì)很小，這對(duì)二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)正確測(cè)量;而且,在較低溫區(qū)域,冷端溫度的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。
　　所以測(cè)量中、低溫度一般使用熱電阻測(cè)溫元件較為合適。熱電阻優(yōu)點(diǎn):1)通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算等配套使用。直接測(cè)最各種生產(chǎn)過(guò)程中的-200-500℃范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面溫度;2)毋須補(bǔ)償導(dǎo)線,節(jié)省費(fèi)用;3)機(jī)械強(qiáng)度高,耐壓性能好;4)進(jìn)口薄膜電阻元件,性能可靠穩(wěn)定。
熱電阻的接線方式有四線制、三線制、二線制三種接法。四線制依靠電路可以完全消除誤差，而三線制可以近似消除誤差，兩線制的誤差一般用于精度要求不高的地方。
7熱電阻和熱電偶的區(qū)別
　　熱電阻和熱電偶的區(qū)別是前者是有源熱感應(yīng)器件,后者是無(wú)源熱點(diǎn)效應(yīng)器件,熱電阻是本身阻值受溫度變化而產(chǎn)生變化的熱鐓感應(yīng)元件,它是有源電信號(hào)輸出元件,熱電偶是-種由兩種活潑性差異很大的導(dǎo)體金屬熔結(jié)的一組感溫原電池，它是無(wú)源的，當(dāng)熔結(jié)點(diǎn)的溫度發(fā)生變化時(shí)其兩端的原電池電壓也會(huì)變化，因此就可無(wú)源地輸出電信號(hào),熱電阻多用于常溫或中低溫感應(yīng)電路而熱電偶則多用于高溫監(jiān)測(cè)和控制電路。
　　在電廠的熱力生產(chǎn)過(guò)程中.溫度是保證安全，經(jīng)濟(jì)發(fā)電的一個(gè)重要參數(shù)。隨著各類工廠自動(dòng)化改造的日新月異,溫度控制元件的選型完全集中于熱電偶與熱電阻。