測(cè)溫?zé)犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

摘要:溫度測(cè)量在冶金生產(chǎn)中有著重要的意義，而鋼鐵企業(yè)中溫度的測(cè)量大部分都采用的是熱電偶測(cè)溫。本文的主要目的是講解熱電偶是怎么測(cè)量溫的原理以及熱電偶在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用。
1溫度測(cè)量的基本知識(shí)
       溫度與人們的生活有著息息相關(guān)，例如家用電冰箱、電飯煲、微波爐和空調(diào),都是通過(guò)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。工業(yè)生產(chǎn)中溫度測(cè)量及控制也是非常普遍的,例如煉鐵高爐熱風(fēng)爐自動(dòng)燃燒控制系統(tǒng)中,爐頂溫度的控制及測(cè)量;煉鋼熱軋加熱爐中爐膛溫度的測(cè)量就是通過(guò)熱電偶來(lái)進(jìn)行測(cè)溫的。那么,什么是溫度呢?
①溫度的定義:就是把物體是冷還是熱具體的量化出來(lái)。
②溫標(biāo):溫度數(shù)值的表示方法稱(chēng)為溫標(biāo)。溫標(biāo)可以分為四種:攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)和國(guó)際實(shí)用溫標(biāo).它們各有各有的定義,并且相互之間有轉(zhuǎn)換公式。如表1。

③溫度測(cè)量方法。
       根據(jù)被測(cè)量對(duì)象與測(cè)溫元件之間是否接觸與否,如果接觸就是接觸測(cè)量,如用熱電偶和熱電阻測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度就是接觸測(cè)量。如果不相接觸就是非接觸測(cè)量,如紅外線(xiàn)測(cè)溫儀和高溫輻射計(jì)測(cè)量溫度。
2熱電偶的工作原理
2.1熱電效應(yīng)
       1821年,物理學(xué)家塞貝克做了一個(gè)嘗試性的實(shí)驗(yàn),從中總結(jié)得出的熱電效應(yīng)。具體操作步驟是:將兩種密度有差異的導(dǎo)體鉸接在一起,構(gòu)建成閉合回路。先用一只酒精燈去燒結(jié)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著用酒精燈燒的結(jié)點(diǎn)的顏色發(fā)生變化,放在閉合回路中的直流毫伏表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn);與此同時(shí)并沒(méi)有撤去第一只酒精燈,用另一只酒精燈去燒另外一個(gè)結(jié)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)隨著酒精燈燒的另-結(jié)點(diǎn)的顏色和前一個(gè)結(jié)點(diǎn)的顏色漸漸接近,觀察到閉合回路中的直流毫伏表的指針偏轉(zhuǎn)角也隨著逐漸減小，當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的顏色-樣時(shí),直流毫伏表的指針指在零上。閉合回路就是所說(shuō)的熱電偶傳感器,兩個(gè)導(dǎo)體就是組成熱電偶的兩個(gè)電極,兩個(gè)結(jié)點(diǎn)就分別是熱電偶的冷端和熱端。
2.2熱電偶熱電勢(shì)的組成
2.2.1兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)
       兩導(dǎo)體的密度不-樣時(shí)，這兩種導(dǎo)體之間就會(huì)互相擴(kuò)散自由電子，當(dāng)然,密度大的向密度小的擴(kuò)散的自由電子比密度小的向密度大的擴(kuò)散的自由電子數(shù)多。所以,最后相當(dāng)于密度大的失去電子,所以就帶正電,密度小的得到電子,所以就帶負(fù)電。因此就在兩種導(dǎo)體接觸點(diǎn)的位置上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因?yàn)檫@個(gè)電勢(shì)在兩導(dǎo)體的接觸點(diǎn)處,把它叫做兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì).記為B.6T).E為電動(dòng)勢(shì),A,B為熱電偶的兩個(gè)電極,T為結(jié)點(diǎn)處的溫度。A為高電位,B為低電位。如果導(dǎo)體的密度存在一定的差異時(shí),就會(huì)在兩導(dǎo)體相接觸的地方形成兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)。兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)的數(shù)值與兩導(dǎo)體接觸點(diǎn)處的溫度高低有關(guān),溫度越高兩導(dǎo)體的接觸電勢(shì)就越大，規(guī)定低電位指向高電位的方向是接觸電動(dòng)勢(shì)的方向。由于測(cè)溫?zé)犭娕嫉幕芈分杏袃蓚€(gè)相接觸的點(diǎn)就會(huì)在兩個(gè)接觸點(diǎn)處形成電勢(shì),所以測(cè)溫?zé)犭娕嫉幕芈分写嬖趦蓚€(gè)接觸電勢(shì)。
2.2.2單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)
       當(dāng)導(dǎo)體兩端的溫度不同時(shí),假設(shè)T大于T。單一導(dǎo)體熱度高的與熱度低的之間就會(huì)存在互相擴(kuò)散電子的現(xiàn)象。當(dāng)然，溫度高的擴(kuò)散的多,溫度低的擴(kuò)散的少。最終導(dǎo)致熱度高的端逸失了一些電子，所以熱度高的就帶正電,熱度低的端就得到了一些電子,所以熱度低的端就帶負(fù)電。這樣就在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生了溫差電勢(shì)。當(dāng)導(dǎo)體的兩個(gè)端部存有熱度差值的時(shí)候,就會(huì)在單一導(dǎo)體的兩頭形成溫差電動(dòng)勢(shì)。單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)的大小和該導(dǎo)體的密度之間有一定的關(guān)系,單一導(dǎo)體的溫差電勢(shì)的方向:規(guī)定是從低溫端指向高溫端。由于測(cè)溫?zé)犭娕奸]合回路中含有兩種不一樣的導(dǎo)體,所以測(cè)溫?zé)犭娕蓟芈分芯痛嬖趦蓚€(gè)溫差電勢(shì)。
2.2.3閉合回路中總電勢(shì)
       熱電偶回路中共有四個(gè)電勢(shì)分別是E_AB（T）,E_AB（T0）,E_A（T，T0）和E_B（T，T0）。依據(jù)電路分析課程中學(xué)過(guò)的基本知識(shí)，可以很容易的寫(xiě)出熱電偶回路中總電勢(shì)。E_AB（T，T0）為熱電偶回路中的總電勢(shì)。
       從上面所闡述的內(nèi)容可以得出,測(cè)溫?zé)犭娕夹纬蔁犭妱?shì)要滿(mǎn)足的條件:①兩電極的材質(zhì)不同也就是說(shuō)兩種導(dǎo)體的密度必須有差異。②兩結(jié)點(diǎn)的溫度不同即結(jié)點(diǎn)溫度T和結(jié)點(diǎn)溫度T。不相等。③必須形成閉合回路。
3熱電偶的應(yīng)用
3.1測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度
       測(cè)量加熱爐爐膛溫度，要將熱電偶插入到爐膛中,熱電偶的熱端處在加熱爐的爐膛中，冷端在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中。此時(shí)測(cè)溫，-定要考慮到熱電偶的冷端溫度是否在零攝氏度,如果冷端不在零攝氏度要考慮冷端溫度補(bǔ)償。
3.2溫度補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題
       當(dāng)然溫度補(bǔ)償就需要用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。那么,補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的接線(xiàn)就需要特別注意。因?yàn)檠a(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)有兩個(gè)極分別是+”極和一”極,熱電偶的熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)有同樣的極,因此熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與熱電偶在進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí)一定要特別留意它們的極別,千萬(wàn)不可以接錯(cuò)。如果在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法區(qū)分的時(shí)候，要會(huì)利用萬(wàn)用表來(lái)判別熱電偶的正極和負(fù)極。具體的操作方法是:把萬(wàn)用表的+”表筆放在電壓檔的插孔中，把萬(wàn)用表的-”表筆放在公共端孔中，+”表筆和-”表筆分別熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲接觸,觀察顯示數(shù)值的極性,如果顯示的數(shù)字前面是+”，就能很快的判斷出接紅表筆的電極就是熱電偶的正極;如果顯示的數(shù)字前是“就能很快的判斷出接紅表筆的電極就是熱電偶的負(fù)極。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)正、負(fù)怎么區(qū)分，一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)區(qū)分的，一般是較硬的為正。
3.3補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的選擇問(wèn)題
       補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的類(lèi)別有C和X兩種,C一補(bǔ)償型,X一延伸型。如果采用的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)是補(bǔ)償型的,C后面字母和熱電偶傳感器的類(lèi)型一致,如果不-致的話(huà)，就說(shuō)明補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)選擇的不正確，最終得出的測(cè)量結(jié)果并不是現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度。例如:用S熱電偶測(cè)量溫度，并沒(méi)有選用S補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn),而是采用了K型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn),這就相當(dāng)于把K型熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)加在了S熱電偶中。并且在0-100℃之間,K的毫伏值大于S的毫伏值,導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際值高。
3.4熱電偶的安裝方式選擇
       安裝方式的選擇要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際來(lái)選擇，測(cè)量加熱爐爐膛溫度時(shí),只要將熱電偶安裝在爐膛的爐壁上用石棉繩把空隙塞上就可以了。如果是高壓場(chǎng)合就要選擇法蘭安裝。在安裝熱電偶時(shí)，要具體的看管道的分布情況,如果是把熱電偶安裝在水平管道上，熱電偶就要垂直的安裝在管道的中心線(xiàn)處,這樣測(cè)出的結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值偏差特別小。如果是把熱電偶安裝在垂直管道上,為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，就把蒸電偶安裝在與管道中心線(xiàn)呈斜向下45度角的方向上。
3.5熱電偶測(cè)量溫度時(shí)，要想得到現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度,是需要經(jīng)過(guò)計(jì)算的,在計(jì)算時(shí)要特別注意冷端溫度如果冷端的溫度不是零攝氏度，就不能查熱電偶溫度-熱電勢(shì)曲線(xiàn)圖，只有把冷端的補(bǔ)償電勢(shì)加進(jìn)去才可以查表得出現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際溫度。
3.6熱電偶型號(hào)選擇的問(wèn)題
       檢測(cè)溫度的元器件有金屬測(cè)溫?zé)犭娮韬蜔犭娕迹鶕?jù)金屬電阻和電偶的組成材料來(lái)看,測(cè)溫電阻檢測(cè)的范圍比較小。而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的溫度很多時(shí)候超過(guò)了1000℃,因此用熱電阻測(cè)量溫度已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)溫要求。而熱電偶測(cè)溫范圍可以達(dá)到一千多度，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的很多測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。為了得到更精確的結(jié)果,正確選擇熱電偶的型號(hào),就顯得非常重要。如果測(cè)量的溫度在1600℃左右,就要選擇B型熱電偶;如果測(cè)量的溫度在1400℃左右,就要選擇S型熱電偶;如果測(cè)量的溫度在1200℃左右,就要選擇K型熱電偶。
4總結(jié)
       熱電偶測(cè)溫在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用很廣泛。熱電偶在使用的過(guò)程中，要看具體的現(xiàn)場(chǎng)條件再?zèng)Q定熱電偶的安裝方式,并且安裝方式和方向要嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。否則就會(huì)在測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差或者會(huì)發(fā)生故障而影響生產(chǎn)。