工業(yè)熱電偶測(cè)溫原理與故障解除

摘要:熱電偶是一種非常重要的測(cè)溫元件,具有較為廣泛的測(cè)量范圍,且應(yīng)用原理相對(duì)簡(jiǎn)單,易于安裝,已經(jīng)在電力生產(chǎn)行業(yè)及其他各類工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘧?yīng)用,然而其在實(shí)際應(yīng)用階段仍然存在諸多問題。下文將簡(jiǎn)要介紹工業(yè)熱電偶的測(cè)溫原理、種類及結(jié)構(gòu)形式,同時(shí)結(jié)合工程實(shí)際，明確常見的工業(yè)熱電偶故障問題及處理措施,讓工業(yè)熱電偶得以發(fā)揮實(shí)效。
　　熱電偶溫度計(jì)的主要原理為熱電效應(yīng)，可以依據(jù)熱電效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量,其主要構(gòu)成結(jié)構(gòu)為熱電偶、顯示儀表及用于儀器連接的導(dǎo)線,如果測(cè)溫系統(tǒng)發(fā)生了故障問題,則可以借助顯示儀表的示值變化情況予以展現(xiàn)。若熱電偶所輸出的電勢(shì)發(fā)生異常或無電勢(shì)輸出,則可能導(dǎo)致顯示儀表中的示值溫度不穩(wěn)定,或表現(xiàn)出數(shù)值偏高偏低的問題。為此,要求化工儀表維修檢驗(yàn)人員結(jié)合顯示儀表中的實(shí)際示數(shù)確定相應(yīng)的故障問題,分析故障原因,據(jù)此明確熱電偶及補(bǔ)償導(dǎo)線中所存在的故障問題,并實(shí)施充分檢查,以修復(fù)設(shè)備。
1熱電偶測(cè)溫原理
　　作為一種十分常用的溫度檢測(cè)元件,熱電偶具有如下優(yōu)勢(shì):第一,其測(cè)量精度相對(duì)較高,可以與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行直接接觸;第二，免受中間介質(zhì)的影響;第三,其測(cè)量范圍相對(duì)較廣,通常可以在-50℃~+1600℃的溫度區(qū)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)測(cè)量,甚至有部分具有特殊性能的熱電偶的最低測(cè)量問題可以達(dá)到-26℃,最高則可以達(dá)到+2800℃;第四,可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)哪繕?biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于所測(cè)區(qū)域內(nèi)溫度的集中檢測(cè),并進(jìn)行自動(dòng)化控制，與DCS系統(tǒng)進(jìn)行充分配合;第五,可以針對(duì)局部區(qū)域內(nèi)的溫度狀態(tài)實(shí)施檢測(cè),其檢測(cè)精度可以精確到“點(diǎn)”;第六，可以實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，熱電偶的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高,不會(huì)在測(cè)溫過程中出現(xiàn)過為突出的熱慣性,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于整體測(cè)量過程的動(dòng)態(tài)化響應(yīng);第七,元件構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于使用。熱電偶的主要構(gòu)成結(jié)構(gòu)為兩種不同的金屬絲,其構(gòu)造形式十分簡(jiǎn)單,且無需受到大小及開頭的限制,在其外部含有保護(hù)套管裝置,使用相對(duì)便捷。
1.1熱電偶測(cè)溫基本原理
　　熱電偶測(cè)溫的基本原理為結(jié)合熱電效應(yīng)原理,可以針對(duì)兩種不同類型的金屬導(dǎo)體進(jìn)行連接,使其得以形成統(tǒng)一的回路。若所連接的亮點(diǎn)溫度不同,則可能在相應(yīng)的測(cè)量回路中產(chǎn)生-定的電動(dòng)勢(shì)能,進(jìn)而形成電流,也即發(fā)生了熱效應(yīng)。借助這-關(guān)系,可以精準(zhǔn)測(cè)量出裝置中的熱電勢(shì)值,以達(dá)到良好的生產(chǎn)線溫度管控效果。通常而言,產(chǎn)生熱電偶的熱電勢(shì)需要滿足如下條件:首先,要求盡量確保測(cè)量介質(zhì)的性能,使其得以充分滿足熱電偶的熱電特性要求.同時(shí)具備良好的導(dǎo)電性能;其次,要求針對(duì)熱電偶參比端及測(cè)量端的溫差進(jìn)行充分管控,以維持一定的溫度差。
1.2熱電偶種類及結(jié)構(gòu)形成
1.2.1熱電偶種類
　　可以將常見的熱電偶分成標(biāo)準(zhǔn)及非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩種類型,標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所制定的,可以充分規(guī)定熱電勢(shì)與溫度的實(shí)際關(guān)系,達(dá)到良好的誤差控制效果,同時(shí)具備統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶裝置,可以結(jié)合與其相配套的顯示儀表進(jìn)行綜合使用。至于非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,其數(shù)量級(jí)和使用范圍均存在一定限制，且難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的標(biāo)準(zhǔn),不具備統(tǒng)一化的分度表,主要在特殊場(chǎng)合測(cè)量中得以應(yīng)用。
1.2.2熱電偶的結(jié)構(gòu)形式
　　為充分確保熱電偶工作的穩(wěn)定性,要求針對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下設(shè)計(jì):首先，要求盡量確保熱電偶不同熱電極焊接的牢固性;其次,為切實(shí)規(guī)避熱電偶短路問題，要求確保兩熱電極的良好絕緣性能;再次,要求充分保障熱電偶自由端及補(bǔ)償導(dǎo)線連接的緊密性和可靠性;最后,針對(duì)熱電極及各類有害介質(zhì)實(shí)施充分隔離，以達(dá)到良好的套管保護(hù)效果"。
1.3熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償
　　工業(yè)熱電偶中所使用的材料普遍為貴重材料,若使用了貴金屬材料,則其成本會(huì)更高,然而由于測(cè)溫點(diǎn)與儀表裝置的距離通常相對(duì)較遠(yuǎn),為達(dá)到良好的熱電偶材料節(jié)約效果,以相應(yīng)削弱施工成本,要求充分利用補(bǔ)償導(dǎo)線裝置,以實(shí)現(xiàn)對(duì)于熱電偶冷端的充分延伸,將導(dǎo)線延伸到具有穩(wěn)定溫度環(huán)境的室內(nèi),并連接到儀表端子中。然而使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),其作用往往只能起到延伸熱電極的效果,要求將其冷端向控制室中的儀表端子上移動(dòng)。而熱電偶自身難以達(dá)到良好的冷端溫度變化控制效果,且難以充分補(bǔ)償溫度變化情況。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線往往只能延伸到熱電極中,并據(jù)此實(shí)現(xiàn)良好的熱電偶冷端移動(dòng)控制效果,將其移動(dòng)到控制室的儀表端子位置上,普遍難以充分消除冷端溫度變化的影響,且無法發(fā)揮補(bǔ)償作用。為此,要求適當(dāng)采取其他修正方法,以達(dá)到良好的冷端溫度補(bǔ)償效果，削弱其對(duì)于測(cè)溫的影響。
　　利用熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線,可以在-定的溫度范圍內(nèi)發(fā)揮良好的熱電性能優(yōu)勢(shì),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于熱電偶電極及金屬材料的有效控制,且所使用的金屬材料價(jià)格相對(duì)低廉,可以將其作為連接熱電偶及二次儀表裝置的導(dǎo)線。
2熱電偶典型故障問題及處理方法
2.1熱電偶或補(bǔ)償導(dǎo)線短路
2.1.1熱電偶兩極短路
　　如果熱電極中兩個(gè)電極的絕緣部件出現(xiàn)了損壞，便可能導(dǎo)致電極短路,當(dāng)短路問題過于嚴(yán)重時(shí),便會(huì)直接在顯示儀表中顯示,讓相關(guān)人員可以確定短路位置的實(shí)際溫度狀態(tài)。而此時(shí)的熱電偶熱力勢(shì)會(huì)顯著低于其實(shí)際值,導(dǎo)致其中的指示值相對(duì)較低,其數(shù)值一般為室溫。
2.1.2熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線短路
　　針對(duì)熱電偶裝置與補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行連接,如果操作人員未能充分關(guān)注連接問題,或未能充分保障熱電偶接頭位置的整潔度,接線盒保護(hù)蓋受損導(dǎo)致導(dǎo)線裝置受潮、接頭處掉進(jìn)金屬雜質(zhì),都可能造成熱電偶導(dǎo)線短路問題。---旦發(fā)生短路問題,則可能導(dǎo)致熱電偶被短接,此時(shí)所測(cè)得的問題多為環(huán)境溫度或接線盒位置處的溫度,其數(shù)值明顯低于被測(cè)介質(zhì),且其熱力勢(shì)及顯示儀表示值溫度均顯著低于實(shí)際值。
　　應(yīng)對(duì)方法:針對(duì)熱電偶兩極的短路故障原因進(jìn)行分析,若由于熱電偶絕緣子損壞而導(dǎo)致短路問題,則要求立即更換絕緣子部件;若由于灰塵、雜質(zhì)在熱電偶接線盒及接線柱位置處大量積聚而引發(fā)熱電偶短路問題，則需要立即清掃灰塵、清潔接線柱;若因?yàn)榻泳€盒保護(hù)蓋未能蓋緊而導(dǎo)致水汽大量涌人,造成熱電偶裝置短路,則要求實(shí)施干燥處理;若因?yàn)檠a(bǔ)償導(dǎo)線短路所引起,則要求立即找出其中的短路故障位置，并對(duì)該故障位置實(shí)施絕緣處理,同時(shí)更換補(bǔ)償導(dǎo)線裝置。
2.2接觸不良
　　一般而言,補(bǔ)償導(dǎo)線及熱電偶裝置中導(dǎo)線都有著相對(duì)較硬的質(zhì)地,且難以實(shí)現(xiàn)緊固連接,可能導(dǎo)致補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶接頭處的接頭接觸不良,難以達(dá)到良好的儀表接頭連接效果。保持熱電偶的熱電勢(shì)不變,如果因?yàn)檠b置接觸不良而導(dǎo)致接觸電阻值增加,則可能造成儀表示值溫度顯著減低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于測(cè)量區(qū)域內(nèi)的實(shí)際溫度,同時(shí)也可能直接影響輸出結(jié)果的穩(wěn)定性。應(yīng)對(duì)方法:擰緊接線柱螺絲,同時(shí),從保護(hù)套管中取出熱電偶的熱電極,以明確其中的故障點(diǎn)并進(jìn)行消除。若需要在長(zhǎng)距離內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償導(dǎo)線敷設(shè),但是補(bǔ)償導(dǎo)線的長(zhǎng)度難以保障,需要進(jìn)行接線處理,則要求操作人員針對(duì)2根補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行充分連接,以保障其接頭處的連接問題。同時(shí),要求在絕緣包扎后正式投人使用,然而,若使用一段時(shí)間后出現(xiàn)了測(cè)量值與實(shí)際值偏差較多的情形,造成了較大的測(cè)量誤差，則可以通過如下方式進(jìn)行處理:為充分延長(zhǎng)補(bǔ)償導(dǎo)線的長(zhǎng)度,要求針對(duì)相同規(guī)格的補(bǔ)償導(dǎo)線及原補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行充分連接，分別連接導(dǎo)線的正極和負(fù)極,使其得以緊密焊接,并在此基礎(chǔ)上實(shí)施絕緣處理,以實(shí)現(xiàn)對(duì)于接點(diǎn)處接觸電阻的充分管控,并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行使用。
2.3斷路故障
　　在熱電偶裝置的熱電極上含有絕緣管設(shè)施,可以達(dá)到良好的熱電極短路預(yù)防效果,絕緣管的主要材料為耐火陶瓷、Al2O3管及MgO管。造成裝置短路問題的主要原因在于熱電偶熱電極自身結(jié)構(gòu)斷線，同時(shí)如果保護(hù)套管破裂,也可能導(dǎo)致熱電極發(fā)生氧化劣化,若熱電極未能完全斷裂,且未能保持穩(wěn)定的熱電勢(shì)輸出狀態(tài),都可能相應(yīng)影響顯示儀表示值的穩(wěn)定性。--旦裝置徹底斷開,且顯示儀表中無指示,則可以通過如下方式進(jìn)行處理。
　　首先,要求斷開補(bǔ)償導(dǎo)線及熱電偶的連接,拆開其連接點(diǎn)位置,利用萬用表歐姆檔進(jìn)行測(cè)量,以確定熱電偶的冷端電阻,明確其斷線狀態(tài)。若阻值數(shù)值的顯示為無窮大,則表明熱電偶的熱電極出現(xiàn)了斷線問題,需要發(fā)現(xiàn)熱電偶的斷線位置,剪斷電極端頭,并實(shí)施重新焊接。其次,要求在實(shí)施焊接作業(yè)時(shí)充分關(guān)注測(cè)量端焊接質(zhì)量,通過牢固的焊接,讓焊接金屬表面得以保持金屬光澤,以提升其表面結(jié)構(gòu)的光滑度,避免出現(xiàn)過多的夾渣及裂紋。最后,若難以充分保障保護(hù)套管及內(nèi)部絕緣管膨脹系數(shù)的-致性,則要求更換保護(hù)套管及絕緣管裝置,使用與其材料相同的絕緣管裝置,以保持保護(hù)套管及絕緣管內(nèi)熱膨脹系數(shù)的一致性。
2.4測(cè)量線路絕緣損壞
　　實(shí)施熱電偶安裝,則可能由于熱電偶接線盒故障而導(dǎo)致導(dǎo)線點(diǎn)絕緣層發(fā)生破損或漏電問題,常見的故障問題主要表現(xiàn)為顯示器儀表溫度較低或溫度輸出狀態(tài)不穩(wěn)定。
　　應(yīng)對(duì)方法:使用兆歐表進(jìn)行測(cè)量,以確定補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表外殼的絕緣電阻值,要求將常溫環(huán)境中的絕緣電阻值控制在5Mn以內(nèi)。明確電路中是否已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了接地，同時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣層中的破損點(diǎn),并實(shí)施絕緣處理。
2.5補(bǔ)償導(dǎo)線用錯(cuò)或極性接反
　　若出現(xiàn)此類問題,可能導(dǎo)致顯示儀上的數(shù)值與所測(cè)實(shí)際溫度存在出人,為此,要求充分確保補(bǔ)償導(dǎo)線選型.與熱電偶型號(hào)的一致性,具體可以通過如下方式進(jìn)行處理。
　　首先,拆開補(bǔ)償導(dǎo)線,并與熱電偶的接點(diǎn)位置重新連接,讓熱電偶得以與補(bǔ)償導(dǎo)線的正極、負(fù)極進(jìn)行連接;其次,及時(shí)更換補(bǔ)償導(dǎo)線及熱電偶裝置;最后,結(jié)合具體的儀表類型,確定補(bǔ)償導(dǎo)線的實(shí)際線徑,以促進(jìn)測(cè)量準(zhǔn)確性提升問。
3結(jié)語(yǔ)
　　熱電偶裝置是一種十分典型的自發(fā)電類傳感器，該設(shè)備已經(jīng)在溫度測(cè)量領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)了廣泛運(yùn)用,然而仍然存在諸多限制,若無法充分關(guān)注設(shè)備安裝調(diào)試環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié),則可能嚴(yán)重影響整體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,無法得到精準(zhǔn)的溫度測(cè)量結(jié)果。為此,要求提高對(duì)于儀表維修工作的關(guān)注.需要相關(guān)工作人員不斷提升自身的專業(yè)技能水平,可以結(jié)合所需知識(shí)進(jìn)行故障判定,積極采用合理的方法,以排除故障問題,降低測(cè)量誤差，讓熱電偶裝置的使用壽命得以切實(shí)延長(zhǎng)。