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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流温度测量仪表17470.精品文档.热电偶、热电阻的工作原理和维护，维修，故障处理一 热电偶1、 原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当温度升高时，就会产生热电流，回路便产生电动势。这种现象称为热电效应（或塞贝克效应）。热电偶就是利用这个效应来工作的。 E（AB）的大小随A、B的材料和两端温度t和t0而变。分度表自由端在0时的条件下得到的。在热电偶回路中标入第三种材料时，只要该材料两个 标点温度相同，所产生的热电势将保持不变，即可测出被测介质的温度。2、 工作原理是将热能转化为电能1) 电势大小均匀的材料，与长度
2、和直径无关，只与材料成分和两端温度有关2) 电势与热电偶两端温度的函数差，而不是温度差的函数关系3、 优点l 测量精度高，因为它直接与被测量物体接触，不受中间介质的影响，感温快速、准确l 测量范围广。常用在-501600度。某些特殊的最低可测-269（如镍、铬、金、铁），最高可达2800（如钨、铼）。l 构造简单，使用方便。通常是两种不同的金属丝组成。不受大小和开头的限制，外有保护套管，使用起来很方便 缺点l 在工业应用上，一般只实用于测量500以上的高温，对于500以下中低温，热电偶输出的热电势很小，抗干扰措施等要求就很高，否则难以实现精确测量。而且在较低区域冷端的变化所引起的相对误差也非常
3、突出。所以中低温度一般采用热电阻测量仪表比较适宜4、 结构形式要求1) 组成热电偶的两个电极必须焊接牢固（焊接用气焊或电弧焊）2) 两个热电极彼此间必须有很好的绝缘，以防短路（绝缘在1000以下选用粘土质绝缘管，1300以下选用铝管，1600以下选用刚玉管）3) 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便，可靠4) 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离（保护管作用是使电偶电极不与介质接触，可延长寿命，还可起支撑和固定作用）其中第2和4两点直接影响到热电偶使用寿命和准确度种类：可分为标准热电偶和非标准热电偶标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表的热电偶，有与
4、其配套的显示仪表可供选择非标准热电偶在使用范围或数量级上均不及标准热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量（如高温、低温、超低温、高真空或有核辐射等被测对象中。如钨，铼系热电偶可用到2400，裸丝可更高）标准化热电偶 我国从1988年1月1日全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶 型号 范围K：镍铬镍硅 WRN -2001200S：铂铑（10）铂 WRP 01300B：铂铑（30）铂铑（6） WRR 6001700E：镍铬铜镍（康铜） WRE -40800J：铁铜镍（康铜） WRF -200750R：铂铑（13）铂 W
5、RQ 01300T:铜铜镍（康铜） WRC -200350其中前面的为正极，后面的为负极 S、B、R型不适合在水蒸汽和还原性气氛中使用对于参考端为0的K型热电偶的参照如下K型 0 100 200 300 400 500 600 700 E(mv) 0 4.096 8.138 12.209 16.397 20.644 24.905 29.129 K型 800 900 1000E(mv) 33.275 37.326 41.276校正 0 10 20 30 40 50E(mv) 0 0.397 0.798 1.203 1.612 2.0236、K型 镍铬镍硅正极镍铬含铬10%合金，负极镍硅含硅3%合
6、金（有的国家为纯镍）适宜在氧化性及惰性气体中连续使用，其温度与电势变化近似线性，价格便宜，应用很广它是抗氧化性很强的贱金属热电偶，不适宜在含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛裸丝使用，在氧分压较低时，镍铬极中铬将择优氧化，使热电势发生很大变化，但金属气体对其影响很小，因此多采用金属制保护管缺点： 1. 高温稳定性较N型及贵重金属热电偶差，在较高温度下（例如超过1000 ）会因氧化而损坏2. 在250500范围内短期热循环稳定性不好，即在同一温度点，在升温、降温过程中，其热电势值不一样，其差值可达233. 其负极在150200范围内发生磁性转变，放使在室温至230范围内分度值往往偏离分度表，尤其在
7、磁场中使用时，往往出现与时间无关的热电势干扰7、 冷端补偿 为了使热电偶的冷端温度保持恒定（最好是0），可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，并连同显示仪表一起放置在恒温或温度冷动较小的地方，这种方法不便于安装，又耗费许多贵重的金属材料 由于热电偶的材料一般比较贵重（特别是采用金属时），而测温点到仪表的距离都很远。为了节省热电偶的材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上（补偿导线本身只起延伸热电极，使它接到控制室仪表上，它本身并不能消除冷端温度变化对测量的影响，不起补偿作用。因此还需要其他修正方法来补偿冷端温度对测量的影响另外注意
8、：使用热电偶和补偿导线时，必须型号相匹配，极性不能接反补偿导线与连接端的温度不能超过100冷端补偿： 若测量时，冷端的温度变化，将影响测量的准确性，故采取措施对冷端进行补偿效验发： 由于分度号是在冷端温度为0情况下得到的，如果测量热电偶热端为t，冷端不是0，是t(0) 时，就不能用测E（t-t0）去差分度表t.而应根据公式得：E（t.0）=E(t.t0)+E(t0.0)例如，补偿电桥法：采用冷端串联一个热电阻构成的电桥如图当R1在20时为1欧，Vab不起补偿作用。Vab=0v当冷端升或降时，热电阻减或加，a点电位低于（高于）b点电位，产生一个不平衡的电压Vab选择电阻R0，也会产生一个不平衡的
9、电压，补偿冷端温度，从而消除补偿 导线冷端对温度不同而产生的误差。8、 补偿导线概念： 在一定温度范围内，具有与其匹配的热电动势标称值相同的一对带绝缘包覆的导线叫补偿导线。用它们连接热电偶与测量装置，以补偿热电偶连接处的温度变化所产生的误差特点： 1. 热电偶特性稳定，电绝缘性好，使用寿命长2. 柔软，弯曲性能好，使用方便3. 包覆材料稳定可靠，具有一定的耐温性和耐寒性能9、 安装要求1) 热电偶不应安装在太靠近门和加热的地方，插入深度至少是保护管直径的810倍2) 保护管与壁间的间隔要求用耐火泥或石棉绳等绝热物质堵塞，以免冷空气或炉内热对流而影响测量的准确性。冷端太靠近炉体超过100，也会造
10、成测量不准3) 避开强磁场和强电场。不能同动力电缆装在同一导管内，引起干扰造成误差4) 不能安装在介质流动少的区域5) 必须逆着流速方向安装，充分与气体接触10、 故障、误差1) 绝缘 保护管和接线板污后或盐渣过多，灰尘，受潮等都会致使热电偶电极间与炉壁间绝缘不良。在高温下更为严重，不仅会引起热电势的损耗，还会引入干扰，因此引起的误差有时可达上百度2) 热惰性引起误差 有的工艺要求快速测量温度，应采用热电极极细，保护套管直径较小的热电偶，在测量环境允许的情况下，甚至可以将保护套管取去，在较精密的温度测量中使用无保护套管的裸丝热电偶，但这种容易损坏，需经常更换3) 高温时，保护套管上有一层煤灰附
11、在上面，则热阻增加，也会造成测量误差4) 热电极变质，使热电性质产生误差常见故障： 测量偏低 1) 热电极短路2) 接线柱积灰短路3) 补偿导线短路4) 极性接反5) 热电偶变质6) 补偿导线与热电偶不配套7) 安装不当插入深度不够8) 冷端补偿不符合要求9) 热电偶与显示仪表不配套 测量偏高1) 热电偶与显示仪表不配套2) 补偿导线与热电偶不配套3) 有直流干扰信号输入 测量不稳定1) 接线柱接触不良2) 测量线路绝缘破坏或接地3) 安装不牢或震动4) 热电极将断未断5) 外界干扰 热电偶热电势误差大1) 热电板变质2) 热电偶安装位置不当3) 保护套管表面积灰二 热电阻1、原理 根据导体或
12、半导体的电阻随温度而变化的性质，将电阻值的变化用仪表显示出来，达到测量目的 在关于上热电阻一般用来测-200500之间的温度 特点：准确度和灵敏度高，输出电信号，便于信号的远传和实现多点切换测量 2、常用热电阻1) 铂电阻 精度高、稳定性好在氧化性介质中（空气） 化学性质稳定；在还原性气体中，容易被污染，使铂丝变脆，必须把电阻体与有害气体隔离开来 2）作用原理：为了减小引出线和连接线的电阻因环境温度变化所引起可测量误差应取较大的R0值，从减小热电阻体积以减小热容性和热贯性，提高对温度的反应速度来看，R0值越小越好。而且R0值越小，在测量时电流通过热电阻使金属丝加热产生的热量越小，因此引起的附加
13、误差也越小，经综合考虑我国工程上常用的铂电阻体分度号为BA1 R0=46欧。 BA2 R0=100欧 Pt(50) R0=50欧 Pt(100) R0=100欧 3）除了铂电阻应用广泛外，铜电阻也很普遍，因为铜电阻与温度几乎现行，而且材料容易提纯，价格便宜，在一些要求测量准确不很高，温度较低的场合多使用铜电阻铜电阻通常测量-50150，我国工业一般Cu(50) R0=50欧 Cu(100) R0=100欧缺点：容易氧化，只能用于低温，准备度不很高现在除了用铂、铜电阻外，近年，对低温，超低温方面已经开始铟电阻，锰电阻和碳电阻了3、 故障 指示低或示值不稳 保护管有金属屑、灰尘，接线柱积灰及热电阻
14、短路 显示无穷大 热电阻或引出线断路 显示负值 接线错误或电阻短路 阻值与温度关系有变化 热电阻材料受腐蚀变质4、 安装要求正确选择测温点 不能插在死区，避开电磁场干扰插入深度 为管中心距 长度以整个温包浸没被测介质为符合要求仪表信号线不与供电线路合用一根电缆，也不应穿同一根线管内5、 补偿当环境温度变化时，连接导线电阻也会变化，将与热电阻变化相叠加。而给仪表带来附加误差，工业上用三线制，使导线电阻分别加在电桥的两个上，当连接导线电阻变化时，可以抵消一部分，减少仪表误差，但不能完全消除，故规定外接连线电阻值一般为5欧6、 常用热电阻值对应温度值铂热电阻050100欧姆100119.4138.5 由上面数据，可以推算出热电阻温度与阻值对应函数关系为：R=100+0.385*T