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熱電偶
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鎧裝熱電偶

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鎧裝熱電偶作為溫度測量傳感器,通常與溫度變送器、調節器及顯示儀表等配套使用,組成過程控制系統,用以直接測量或控制各種生產過程中0-1800℃范圍內的流體、蒸汽和氣體介質以及固體表面等溫度。鎧狀熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應時間快和堅固耐用等許多優點,它和工業用裝配式熱電偶一樣,作為測量溫度的傳感器,通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節器配套使用。

 
簡介
國際上應用的熱電偶具有一個標準規范,國際上規定熱電偶分為八個不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測量溫度的最低可測零下270攝氏度,最高可達1800攝氏度,其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。熱電偶的結構有兩種,普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極,絕緣管,保護套管和接線盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲,絕緣材料和金屬保護套管三者組合裝配后,經過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導線來進行傳遞,這種導線我們稱為補償導線。不同的熱電偶需要不同的補償導線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠離電源,從而使參比端溫度穩定。補償導線又分為補償型和延長型兩種,延長導線的化學成分與被補償的熱電偶相同,但是實際中,延長型的導線也并不是用和熱電偶相同材質的金屬,一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導線代替。補償導線的與熱電偶的連線一般都是很明了,熱電偶的正極連接補償導線的紅色線,而負極則連接剩下的顏色。一般的補償導線的材質大部分都采用銅鎳合金。
鎧裝熱電偶和工業用裝配式熱電偶一樣,作為測量溫度的傳感器,通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調節器配套使用,同時,亦可以作為裝配式熱電偶的感溫元件。它可以直接測量各種生產過程中從0℃~800℃范圍內的液體、蒸汽和其氣體介質以及固體表面的溫度。與裝配式熱電偶相比,鎧裝熱電偶具有可彎曲、耐高壓、熱響應時間短和堅固耐用等優點。 
由于鎧裝熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省鎧裝熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把鎧裝熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使鎧裝熱電偶的冷端移動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測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。 在使用鎧裝熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與鎧裝熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。
 
 
工作原理
電偶是用兩種不同成份的導體焊接在一起,兩端溫度不同時,在回路中就會有熱電勢產生,因此勢電偶是通過測量電勢從而測量溫度的一種感溫原件,它是一種變換器,它能將溫度信號轉變為電信號再由顯示儀表顯示出來。
熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應,將兩種不同成份的金屬導體首尾相連接成閉合回路,如兩接點的溫度不等,則在回路中就會產生熱電動勢,形成熱電流,這就是熱電效應。熱電偶就是將兩種不同的金屬材料一端焊接而成,焊接的一端叫做測量端,未焊接的一端叫做參考端,參考端在使用時通常恒定在一定的溫度(如00C)當對測量端加熱時,在接點處有熱電勢產生。如參考端溫度恒定,其熱電勢的大小和方向只與兩種金屬材料的特性和測量端的溫度有關,而與勢電偶的精細和長短無關。當測量端的溫度改變后,勢電勢也隨之改變,并且溫度和熱電勢之間有一固定的函數關系,利用這個關系就可以測量溫度。
鎧裝熱偶電極是兩種不同成份的導體兩端經焊接,形成回路,直接測溫端叫工作端,接線端子端叫冷端,也稱參比端。當工作端和參比端存在溫差時,就會在回路中產生熱電流,接上顯示儀表,儀表上就會指示出熱電偶所產生的熱電動勢的對應溫度值。鎧裝熱電偶的熱電動勢將隨著測量端溫度升高而增長,熱電動勢的大小只和熱電偶導體材質以及兩端溫差有關,和熱電極的長度、直徑無關。鎧裝熱電偶的結構原理是,是由導體、高絕緣氧化鎂、外套不銹鋼保護管,經多次一體拉制而成。鎧裝熱電偶產品主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結構,并配以各種安裝固定裝置組成。

 
測溫范圍
類別
代號
分度號
套管外徑mm
常用溫度℃
最高使用溫度℃
允許偏差
測量范圍℃
允差值
鉑銠10-鉑
WRPK
S
≥Φ3
1100
1200
0-1200
±1.5℃或±1.5%t
鎳鉻-銅鎳
WREK
E
≥Φ3
600
700
0-700
±2.5℃或±0.75%t
鎳鉻-鎳硅
WRNK
K
≥Φ3
800
950
0-900
±2.5℃或±0.75%t
銅-銅鎳
WRCK
T
≥Φ3
350
400
小于-200
未作規定
-40-350
±0.75%t
鐵-銅鎳
WRFK
J
≥Φ3
500
600
0-600
±2.5℃或±0.75%t
注:"t"為被測溫度的絕對值。

 
主要特點
鎧裝熱電偶是溫度測量中應用最廣泛的溫度器件,他的主要特點就是測溫范圍寬,性能比較穩定,同時結構簡單,動態響應好,更能夠遠傳4-20mA電信號,便于自動控制和集中控制。另外,熱響應時間少,減少動態誤差;可彎曲安裝使用;測量范圍大;機械強度高,耐壓性能好都是鎧裝熱電偶的優勢。
 
 
基本結構
鎧裝熱電偶主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶元件等組成基本結構,并配以各種安裝固定裝置。安裝固定型式固定裝置是供用戶安裝時使用。鎧裝熱電偶有:無固定裝置、固定卡套式,可動卡套式,固定法蘭式,可動法蘭式五種結構型式。固定卡套式只供一次性固定使用,可動卡套式可做多次固定使用。
 
 
分類
露端式: 熱響應時間短;適于測量發動機排氣等 要求響應快的溫度測量;機械強度較低。
接殼式 :熱響應時間短;公稱壓力大(可達34MPa);不適用于有電磁干擾的場合。
絕緣式 :熱響應時間較前兩種長,使用壽命長;抗電磁干擾;在對熱響應時間無特殊要求的場合多采用此種形式。
分離式 : 雙支,避免信號干擾,其特點同絕緣式。
 
 
使用方法
金屬熔體快速鎧裝熱電偶檢定裝置的檢定方法如下:
該裝置主要由一能容納兩只被測偶端部石英管的扁加熱線圈、兩只與被測偶形狀相同的鎧裝熱電偶及相應的控溫顯示輸出裝置構成。檢定方法是首先利用兩只校準熱電偶找出扁加熱線圈中使這兩只校準偶熱電勢相同的點,用被檢偶取代其中的一只校準偶,在其它條件不變的情況下,待被檢偶的讀數穩定后與校準偶的讀數相比較即可知被檢偶的量值是否準確。此方法提供了快速測溫熱電偶的實驗室檢定手段,可對快速測溫熱電偶在多個溫度點上進行測試并作出全面的評價。 [1] 
其特征在于:a、該裝置是由一扁加熱線圈、一對校準鎧裝熱電偶及控溫顯示輸出裝置構成。b、檢定方法是先將兩只校準熱電偶從加熱線圈兩端相對插入,使鎧裝熱電偶熱端接觸,通過改變校準熱電偶在加熱線圈中的位置使兩只校準熱電偶的熱電勢相同,用被測快速熱電偶取代其中一只校準熱電偶,讀取其穩定狀態下的熱電勢值與校準熱電偶熱電勢進行比對即可知被測快速鎧裝熱電偶的準確度。
 
 
使用技巧
使用鎧裝熱電偶,其實有很多的技巧。
1.具有可彎曲性能,愷裝熱電阻除頭部外,可以作任愈方向的彎曲,因而它適用于構造較為復雜,狄小設備的溫度。
2.鎧裝熱電偶具有良好的耐振動、抗沖擊性能。因而它的壽命較普通熱電阻長.
3.鎧裝熱電偶運用壽命長,凱裝熱電阻的電阻體由于遭到權化鐵絕緣資料的扭蓋和金屬套管的維護,熱電阻絲不易被有害介質所侵蝕。
4.隔爆型熱電阻通過特殊結構的接線盒,把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發生的爆炸局限在接線盒內。
5.生產現場不會引起爆炸。隔爆型熱電阻可用于Bla--B3c級區內具有爆炸危險場所的溫度測量。 防腐熱電阻5)防腐熱電阻采用PTFE防腐材質。
6.作為整體保護套或兩節式套管,也可以直接在保護管上作該材質的防腐處理,分噴涂、燒結和套管密封三種形式。
7.適用于在強堿的腐蝕性介質中進行測量,耐溫250℃,固定安裝形勢也可采用相同PTFE材質的固定螺紋。
8.依據丈量溫度范圍和側量對象,選擇恰當的熱電阻的型號、規格以及維護管資料。
 
 
故障及解決措施
鎧裝熱電偶的陶瓷細孔被封堵元件就會失效,往往采用通電除塵的方法來處理,但效果不夠理想,且在易燃易爆環境下不能使用,能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度,適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。它不僅廣泛應用于工業測溫,而且被制成標準的基準儀。它有與其配套的顯示儀表可供選用。
非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。熱電動勢與工作端溫度成單值函數關系。各種熱電偶溫度與熱電動勢關系的分度表都是在冷端溫度為零時作出的,為此采用特殊的補償導線使冷端延長。
主要失效形式,一是由振動引起的導線斷裂及熱電偶斷裂,二是由于彎折引起的熱電偶短路或斷接。
 
 
應用
通常和顯示儀表,記錄儀表,電子計算機等配套使用。直接測量各種生產過程中的0-1300度范圍內液體,蒸汽和氣體介質以及固體表面溫度。


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