鎧裝熱電偶是工業(yè)上常用的溫度檢測元件之一,其優(yōu)點(diǎn)是:
?、贉y量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質(zhì)的影響。
?、跍y量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1100℃均可邊續(xù)測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)。
③構(gòu)造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護(hù)套管,用起來非常方便。
鎧裝熱電偶測溫基本原理:
將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來,構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。
鎧裝熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成:
?。?)熱電偶的種類
常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶,一般也沒有統(tǒng)一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按IEC國際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),并指定S、R、B、K、N、E、J、T八種標(biāo)準(zhǔn)熱電偶為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。
?。?)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式,為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作,對它的結(jié)構(gòu)要求如下:
①組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固;
②兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣,以防短路;
?、垩a(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;
?、鼙Wo(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。
3.熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償
由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí)),而測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn),為了節(jié)省熱電偶材料,降低成本,通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的場所,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動(dòng)到儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補(bǔ)償作用。因此,還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對測溫的影響。
在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號相配,極性不能接錯(cuò)。
鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn),鎧裝熱電偶與裝配式熱電偶一樣;
作為測量溫度的傳感器,通常鎧裝熱電偶和顯示儀表、記錄儀和電子調(diào)節(jié)器配套使用;
同時(shí),鎧裝熱電偶亦可以作為裝配式熱電偶的感溫元件。
鎧裝熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0℃~1100℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。
鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn);
它和工業(yè)用裝配式 熱電偶一樣,作為測量溫度的變送器,通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用,同時(shí)亦可作為裝配式熱電偶的感溫元件。
它可以直接測量名種生產(chǎn)過程中從 0~800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。
原理
鎧裝熱電偶的工作原理是,兩種不同成份的導(dǎo)體兩端經(jīng)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(dāng)工作端和參比端存在溫差時(shí),就會(huì)在回路中產(chǎn)生熱電流,接上顯示儀表,儀表上就會(huì)指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢的對應(yīng)溫度值。
鎧裝熱電偶的熱電動(dòng)勢將隨著測量端溫度升高而增長,熱電動(dòng)勢的大小只和熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān),和熱電極的長度、直徑無關(guān)。
鎧裝熱電偶分絕緣式和接殼式兩種。
鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)原理是,是由導(dǎo)體、高絕緣氧化鎂、外套 1Cr18Ni9Ti不銹鋼保護(hù)管,經(jīng)多次一體拉制而成。
鎧裝熱電偶產(chǎn)品主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結(jié)構(gòu),并配以各種安裝固定裝置組成。
一、玷污:
玷污會(huì)影響熱電偶的塞貝克系數(shù)。熱電偶偶絲材料往往受到環(huán)境氣氛或保護(hù)管雜質(zhì)玷污,不同程度的玷污所產(chǎn)生的附加電勢也不同,這種附加電勢將改變原來的分度特性,這是造成熱電偶示值不穩(wěn)定的一個(gè)因素。例如,鉑銠10-鉑熱電偶,當(dāng)使用的陶瓷管中含有鐵的雜質(zhì),鉑銠絲受鐵玷污后,就影響其熱電特性;當(dāng)在含硅的高溫還原性氣氛中使用時(shí),由于硅被還原成自由硅而與鉑銠絲化合成為鉑硅化合物,使偶絲變脆。檢定標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所用的絕緣瓷管都要求用王水清洗,高溫烘烤并規(guī)定正、負(fù)極的穿孔極性。若在常用的管中把熱電極的正、負(fù)極穿錯(cuò),原穿鉑銠孔中的鉑,會(huì)向鉑極滲透而改變標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的熱電特性。上述種種情況都會(huì)影響熱電偶的穩(wěn)定性。
二、熱電極在高溫下?lián)]發(fā):
熱電偶的偶絲材料多數(shù)是合金材料,由于各組分材料的蒸氣壓不同,所以揮發(fā)的程度也不同,在高溫下使用一定時(shí)間后,合金成分比例就有所改變,這將導(dǎo)致熱電勢產(chǎn)生明顯變化。
三、氧化還原:
許多熱電偶的不穩(wěn)定性是由于偶絲氧化造成的。銅-康銅、鐵-康銅、鎳鉻-鎳硅等熱電偶都能發(fā)生氧化反應(yīng)。如果熱電極是均勻氧化,影響可能小一些;若是具有擇優(yōu)氧化,則其影響是很嚴(yán)重的。在低氧分壓中(即缺氧的情況下),鎳鉻電極中的鉻將產(chǎn)生擇優(yōu)氧化而改變偶絲的組合成分。
四、脆化:
脆化是熱電偶報(bào)廢的較為普遍因素。熱電偶的熱電極由于玷污、晶粒生長以及發(fā)生氧化還原反應(yīng)和長期在高溫下再結(jié)晶等因素,都是導(dǎo)致熱電極脆化的原因。熱電極用于原子反應(yīng)堆中,受到中子轟擊,其中某種元素蛻變成其他元素,改變了熱電極成分。如鎧裝鉑銠熱電偶的銠會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殁Z,少量的鉑會(huì)先變成金,再變成汞,使熱電特性發(fā)生變化,熱電勢變小。而廉金屬熱電偶,有的對中子輻射嬗變不明顯,如鐵、鎳鉻、鎳鋁(硅)。但銅在輻射下嬗變引起很大的成分改變。因此,在有中子輻射的情況下,使用鎳鉻一鎳鋁熱電偶較為適宜,鎳鉻硅一鎳硅(N型)熱電偶更優(yōu)。
五、受外力作用:
劇烈的彎曲或其他任何類型的加工硬化在熱電偶絲中形成的內(nèi)應(yīng)力可能產(chǎn)生物理上的不均勻性,細(xì)心操作可以避免大部分由此引起的不均勻性。裝配好的熱電偶經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐嘶鹨部稍谀撤N程度上減少這種不均勻性。