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氣化爐高溫?zé)犭娕汲R姽收戏治?/h1>
發(fā)布時間:2021-12-20     瀏覽次數(shù):
摘要:汽化爐熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器,針對使用中容易出現(xiàn)的問題,詳細探討了測溫點的選擇,熱電偶的插入深度、響應(yīng)時間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因,并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻,K型熱電偶選擇性氧化、K狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項。對提高測量精度,延長熱電偶使用壽命有一定幫助。
  氣化爐測溫使用的熱偶主要有:用于測量爐膛溫度的B型高溫?zé)崤?烘爐使用的K型升溫?zé)崤家约皽y量表面溫度的K型表面熱偶。為提高測量精度,減少測量誤差,延長熱電偶使用壽命,要求使用者不僅應(yīng)具備儀表操作技能,還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識。參閱有關(guān)資料后,在這里較詳細地介紹熱電偶的測量誤差及其注意事項。
1測量誤差的主要影響因素
1.1插入深度的影響
  測溫點的選擇:對于工程測溫,其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態(tài)有關(guān),如流動的液體或高速氣流溫度的測量,將不受上述限制,插入可淺一-些,具體數(shù)值應(yīng)由實驗確定。
1.2響應(yīng)時間的影響
  接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此,在測溫時需保持一定時間,才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短,同測溫元件的熱響應(yīng)時間有關(guān)。而熱響應(yīng)時間主要取決于傳感器結(jié)構(gòu)及測量條件,差別極大。
1.3熱輻射的影響
  插入爐內(nèi)用于測溫的熱電偶,將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內(nèi)氣體是透明的,而且,熱電偶與爐壁的溫差較大時,將因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。
1.4熱阻抗增加的影響
  在高溫下使用的熱電偶,如果被測介質(zhì)為氣態(tài),那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上,使保護管的熱阻抗增大:如果被測介質(zhì)是熔體,在使用過程中將有爐渣沉積,不僅增加了熱電偶的響應(yīng)時間,而且還使指示溫度偏低。
2熱電偶測溫應(yīng)注意的事項
2.1熱電偶絲不均質(zhì)影響
  熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì),由不均質(zhì)即寄生電動勢引起的誤差,取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小,對其定量極其困難。
2.2鎧裝熱電偶的分流誤差
  所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時,當(dāng)熱電偶中間部位有超過800℃的溫度分布存在時,因其絕緣電阻下降,熱電偶示值出現(xiàn)異常現(xiàn)象。依據(jù)均質(zhì)回路定則,用熱電偶測溫貝與測量端與參考端兩端溫度有關(guān),與中間溫度分布無關(guān)。
2.3分流誤差的影響因素及對策
  高溫下鎧裝熱電偶產(chǎn)生分流誤差的現(xiàn)象,有必要了解分流誤差的影響因素,并采取適當(dāng)對策以減少或消除分流誤差的影響。(1)鎧裝熱電偶直徑:實驗結(jié)果表明:分流誤差的大小與其直徑的平方根成反比(直徑過細,不遵守此規(guī)律),即直徑越細,分流誤差越大。因此,為了減少分流誤差,應(yīng)盡可能選用粗直徑的鎧裝熱電偶。(2)中間部位的溫度:應(yīng)盡可能縮短加熱帶長度,且不要在遠離測量端處加熱,以減少分流誤差。(3)熱電偶絲的電阻:當(dāng)鎧裝熱電偶的直徑相同時,分流誤差將隨熱電偶絲的電阻增大而增加。因此,采用電阻小的熱電偶絲更好。(4)絕緣電阻:高溫下氧化物電阻率將隨溫度升高呈指數(shù)降低,分流誤差大小主要取決于高溫部分的絕緣性能,絕緣電阻越低,越容易產(chǎn)生分流誤差。
2.4短程有序結(jié)構(gòu)變化(K狀態(tài))的影響
  K型熱電偶在250~600℃溫度范圍內(nèi)使用時,由于其顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,形成短程有序結(jié)構(gòu),K狀態(tài)與溫度、時間有關(guān),當(dāng)溫度分布或熱電偶位置變化時,其偏差也會發(fā)生很大變化,故難以對偏差大小作出正確評價。
2.5使用氣氛的影響
(1) 選擇性氧化:對于含F(xiàn)e的Ni-Cr合金,如氧分壓低于特定值,則同02親和力大的Cr將發(fā)生選擇性氧化,這是Ni-Cr合金特有的晶界氧化。同時,應(yīng)盡可能避免在帶有微量氧的惰性氣體或氧分壓很低的空氣中使用。當(dāng)保護管長度與直徑較大時(即保護管很細),由于空氣循環(huán)不良,形成缺氧狀態(tài),其殘余的少量氧仍可為Cr的選擇性氧化提供條件。
(2) 選擇性氧化的對策:為防止或減緩K型熱電偶因選擇性氧化而引起劣化,除在材質(zhì)方面加以改善外,還應(yīng)在熱電偶結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)對策:
(a)選擇對氧親和力較Cr更強的金屬作為吸氣劑,封入保護管內(nèi),防止Cr發(fā)生選擇性氧化,也可采用增加保護管直徑或吹氣的方法增加氧含量。
(b)裝配式熱電偶實體化。
(3) 使用氣氛的影響:熱電偶的穩(wěn)定性,因使用溫度、氣氛不同,對同一種傳感器,如K型熱電偶的最高使用溫度也因直徑不同而變化,直徑相同的K型熱電偶也因結(jié)構(gòu)的不同,其穩(wěn)定性也有很大差異。
(4)絕緣電阻的影響:熱電偶用絕緣物,在高溫下,其絕緣電阻隨溫度升高而急驟降低,因此,將有漏電流產(chǎn)生,該電流通過絕緣電阻已經(jīng)下降的絕緣物流入儀表,使儀表指示不穩(wěn)或產(chǎn)生測量誤差,也可能發(fā)生記錄儀亂打點的現(xiàn)象。
3熱電偶劣化與使用壽命
3.1熱電偶的劣化
  熱電偶的使用壽命與其劣化有關(guān),所謂熱電偶的劣化,即熱電偶經(jīng)使用后,出現(xiàn)老化變質(zhì)的現(xiàn)象。由金屬或合金構(gòu)成的熱電偶,在高溫下其內(nèi)部晶粒要逐漸長大。同時合金中含有少量雜質(zhì),其位置或形狀也將發(fā)生變化,而且,對周圍環(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應(yīng)。伴隨上述變化,熱電偶的熱電動勢也將極其敏感地發(fā)生變化。因此熱電偶的劣化現(xiàn)象是不可避免的。
3.2熱電偶的使用壽命
  熱電偶的劣化是一個量變過程,對其定量很困難,將隨熱電偶的種類、直徑、使用溫度、氣氛、時間的不同而變化。熱電偶的使用壽命是指熱電偶劣化發(fā)展到超過允許誤差,甚至斷線不能使用的時間。
(1)裝配式熱電偶的壽命:我國標(biāo)準(zhǔn)中僅對熱電偶的穩(wěn)定性有要求。即規(guī)定在某一溫度下經(jīng)200h,使用前后熱電動勢的變化。但是,尚未發(fā)現(xiàn)對使用壽命有規(guī)定。在多數(shù)場合下,保護管的壽命決定了熱電偶壽命。對熱電偶的實際使用壽命的判斷,必須是通過長期收集、積累實際使用狀態(tài)下的數(shù)據(jù),才有可能給出較正確的結(jié)果。
(2)鎧裝熱電偶的壽命:由于鎧裝熱電偶有套管保護與外界環(huán)境隔絕,因此套管材質(zhì)對鎧裝熱電偶壽命影響很大,鎧裝熱電偶同裝配式熱電偶相比,雖有許多優(yōu)點,但使用壽命往往低于裝配式熱電偶。
4結(jié)語
  熱電偶是科研、生產(chǎn)最常用的溫度傳感器,雖然結(jié)構(gòu)簡單,但若使用中不注意仍然會產(chǎn)生較大測量誤差。針對使用中容易出現(xiàn)的問題,詳細探討了測溫點的選擇,熱電偶的插入深度、響應(yīng)時間、熱輻射及熱阻抗等產(chǎn)生誤差的主要原因,并指出熱電偶不均質(zhì)、使用氣氛、絕緣電阻,K型熱電偶選擇性氧化、K狀態(tài)及鎧裝熱電偶分流誤差等使用中的注意事項。對提高測量精度,延長熱電偶使用壽命有一定幫助。

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