耐火極限試驗中試件表面測溫?zé)犭娕紲囟葐栴}

摘要：針對耐火極限試驗過程中背火面測溫?zé)犭娕汲霈F(xiàn)溫度跳躍、偏離等問題，分析可能原因。嘗試提出改善以上問題的方法。
1熱電偶的工作原理
      熱電偶是利用塞貝克熱電效應(yīng)制成的。兩種不同材料的導(dǎo)體組成閉合回路,回路的兩端分別稱作熱端(工作端)和冷端(自由端)。當(dāng)這兩端溫度不同時，整個回路中就會產(chǎn)生電動勢,此電動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關(guān)。回路中總電動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(dāng)熱電偶兩接觸點溫度不同時才有熱電勢產(chǎn)生。用測量儀表測得熱電勢的數(shù)值后,便可間接知道相應(yīng)的溫度或者直接由測量儀表指示出溫度凹，如圖1所示。

2耐火極限試驗中熱電偶測溫問題
      本文耐火極限試驗中使用的試件背火面測溫?zé)犭娕紴殒囥t-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)。試驗過程中用長寬均為30mm、厚度2mm的石棉襯墊通過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(tǒng)默認(rèn)每隔一分鐘采集一-次溫度信息,繪制溫度-時間曲線。但在實際試驗過程中偶爾會遇到測溫?zé)犭娕紲囟雀叩吞S、溫度偏離實際,誤差過大等問題。以上問題嚴(yán)重影響試驗進(jìn)程以及最終對試驗試件的品質(zhì)判定。就本次試驗來說，采用垂直構(gòu)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間。由于熱電偶的溫度問題導(dǎo)致試驗中止,則需要拆毀原有樣品重新安裝完好的新樣品。不僅會浪費人力物力,而且也會延長試驗周期給客戶帶來不必要的煩惱。

3 耐火極限試驗中熱電偶溫度跳躍、偏離問題分析
1) 熱電偶貼點過程不嚴(yán)謹(jǐn)
      貼點時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(yīng)有任何膠,允許存在十分細(xì)小的空隙。然而實際人工操作過程中很難避免操作誤差導(dǎo)致銅片粘膠、隔熱墊固定不.嚴(yán)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(yīng)距離熱氣流、結(jié)合點和貫通連接緊固件(如螺釘、銷釘?shù)?、以及會被穿過試件的熱煙氣直接沖擊的位置不應(yīng)小于50mm。熱電偶不應(yīng)貼在會產(chǎn)生較高溫度類似螺釘.釘子或夾子等緊固件上。不應(yīng)貼在表面直徑小于12mm非貫通緊固件上。當(dāng)不注意以上要求時,都會產(chǎn)生溫度偏離的現(xiàn)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始時比較正確，使用十多次后開始出現(xiàn)溫度偏離。連續(xù)更換三家熱電偶供應(yīng)商，溫度偏離問題一直沒有解決。利用排除法,選擇更換巡檢儀接口、清理接口塵土。最終問題得到了解決,因此推斷此次問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，常常會出現(xiàn)老化的現(xiàn)象，也就是常說的熱電偶的劣化。熱電偶的劣化是長期量變過程,將隨熱電偶的種類、直徑、使用溫度、環(huán)境、時間的不同而變化。劣化將會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
      試件安裝過程中，安裝人員為了固定試件會使用槽鋼、鋼筋等焊接在框架上。這樣就無形中串人了附加地電勢。在熱電偶回路中存在著四個電勢,即兩個接觸電動勢和兩個溫差電動勢。熱電偶回路的總電動勢為:

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

      式(2)表明,熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢只隨熱端(工作端)溫度的變化而變化,即一定的熱電動勢對應(yīng)著- -定的溫度。我們通過測量熱電動勢的方法就達(dá)到了測溫的目的。當(dāng)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(xiàn)負(fù)數(shù),并且極不穩(wěn)定凹。
4耐火極限試驗中熱電偶溫度跳躍、偏離問題解決
1)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求貼點
      貼點前認(rèn)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,操作過程中盡量避免耐高溫膠污染接觸點。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(yuǎn)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(jié)構(gòu)。標(biāo)注安裝中輕鋼龍骨、螺釘、銷釘具體位置。除以上關(guān)鍵點外還要避免在試樣接縫處或可能的煙氣沖擊處貼點。
3)定期維護(hù)熱電偶和巡檢儀
由于本實驗室巡檢儀和熱電偶的接口留在了爐體旁，場地限制導(dǎo)致施工安裝活動在室內(nèi)進(jìn)行。雖然對巡檢儀做了設(shè)備箱進(jìn)行封裝,但難免施工過程中會有塵土進(jìn)人到箱體里。因此建議在設(shè)備設(shè)計之初對巡檢儀等設(shè)備位置進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,盡量遠(yuǎn)離污染源和千擾源。條件允許的話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(xiàn)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,及時地更換熱電偶。
5)避免接地等現(xiàn)象
接地現(xiàn)象主要是出現(xiàn)在試件安裝施工過程中，因此作為試驗人員應(yīng)該時刻關(guān)注并了解安裝人員的具體施工內(nèi)容、試件結(jié)構(gòu)。如安裝過程中出現(xiàn)可能對測量結(jié)果產(chǎn)生干擾的結(jié)構(gòu)，應(yīng)及時與廠家或者施工人員進(jìn)行溝通排除干擾現(xiàn)象。
5 結(jié)語
      本文只是針對耐火極限試驗過程中熱電偶測溫偏離，溫度跳躍問題的原因進(jìn)行了分析。通過對可能出現(xiàn)問題的分析和處理，盡可能使試驗過程更加穩(wěn)定，實驗數(shù)據(jù)更加嚴(yán)謹(jǐn)。有助于提升試驗質(zhì)量和效率，并有助于降低運行成本。