热电偶的工作原理及结构

 时间:2018-06-26 05:53:36 贡献者:ltpjh2009

导读:热电偶工作原理及结构 热电偶工作原理及结构检修岗位1.懂工作原理 1.1 热电偶测温原理 两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生, 这种现象成为热

热电式温度传感器的结构及工作原理
热电式温度传感器的结构及工作原理

热电偶工作原理及结构 热电偶工作原理及结构检修岗位1.懂工作原理 1.1 热电偶测温原理 两种电子密度不同的导体构成闭合回路,如果两接头的温度不同,回路中就有电流产生, 这种现象成为热电现象,相应的电动势成为温差电势或热电势,它与温度有一定的函数关系, 利用此关系就可测量温度。

这种现象包含的原理有: 帕尔帖定理----不同材料结合在一起,在其结合面产生电势。

汤姆逊定理---由温差引起的电势。

当组成热电偶的导体材料均匀时,其热电势的大小与导体本身的长度和直径大小无关,只 与导体材料的成分及两端的温度有关。

因此,用各种不同的导体或半导体可做成各种用途的 热电偶,以满足不同温度对象测量的需要。

1.2 热电偶三大定律 均质导体定律由单一均质金属所形成 之封闭回路,沿回路上每一 点即使改变温度也不会有电 流产生。

亦即,E = 0。

由 2 种均质金属材料 A 与 B 所形成的热电偶回路中, 热电势 E 与接点处温度 t1、 t2 的相关函数关系,不受 A 与 B 之中间温度 t3 与 t4 之影 响。

中间金属定律

在由 A 与 B 所形成之热 电偶回路两接合点以外的任 意点插入均质的第三金属 C, C 之两端接合点之温度 t3 若 为相同的话, 不受 C 插入之 E 影响。

在由 A 与 B 所形成之热 电偶回路,将 A 与 B 的接合 点打开并插入均质的金属 C 时, 与 C 接合点的温度与打 A 开前接合点的温度相等的 话,E 不受 C 插入的影响。

如右图所示,对由 A 与 B 所形成之热电偶插入第 3 之中间金属 C,形成由 A 与 C、C 与 B 之 2 组热电偶。

接 合点温度保持 t1 与 t2 的情况 下,EAC + ECB = EAB。

中间温度定律

如右图所示任意数的异 种金属 A、B、C‧‧‧G 所形成的 封闭回路,封闭回路之全体 或是全部的接合点保持在相 等的温度时,此回路的 E=0。

如右图所示, 与 B 所形 A 成之热电偶,两接合点之温 度为 t1 与 t2 时之 E 为 E12, t2 与 t3 时之 E 为 E13 的话, E12 + E23 = E13。

此时,称 t2 为中间温度。

以中间温度 t2 选择如 0℃这样的标准温度,求得相 对 0℃任意的温度 t1、t2、 t3‧‧‧t3 之热电动势,任意两 点间之热电动势便可以计算 求得。

如右图所示,对于使用补偿 导线之热电偶回路适用以上 之观念。

A 与 B 为热电偶,C 与 D 为 A、B 用之补偿导线, M 为数字电压计, 计算后可得 下面关系式: E = EAB (t1) - EAB (t3) 也就是说, 所测定之电 M

位差是由 t1、t3 所决定,不 受 t2 之影响。

2.懂设备结构 2.1 热电偶的结构 热电偶是有两根不同导体(或称电极)构成的.这两根导体一端焊接在一起,成为热端(或 称工作端),测温时将此端处于被测介质中。

另一端称为冷端(或自由端),接入二次仪表(显示 仪表)或电测设备。

a、普通型热电偶:是应用最多的,主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。

根据 测温范围及环境的不同,所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同,但因使用条件基本类 似,所以这类热电偶已标准化、系列化。

按其安装时的连接方法可分为螺纹连接合法兰连接 两种。

b、 铠装热电偶:又称缆式热电偶,是由热电极(多数采用的是铂丝,也有用镍丝的)、 绝缘 材料(通常为氧化镁粉末)和金属保护管三者结合,经拉制而成一个坚实的整体。

铠装热电偶有单支(双芯)和双支(四芯)之分,其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本 形式。

铠装热电偶的参比端(接线盒)形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。

铠装热电偶具有体积小、精度高、反应迅速、耐震动、耐冲击、机械强度高、可绕性好、寿 命长、便于安装等优点。

外形尺寸有 φ5、φ6、φ8 多种,长度为 10~1000mm。

2.2、常用热电偶种类(八种) B 型------铂铑 30-铂铑 6 R 型-----铂铑 13-铂 S 型------铂铑 10-铂 E 型------镍铬-康铜 J 型------铁-康铜 K 型------镍铬-镍铝 T 型------铜-康铜 N 型------镍铬硅-镍硅 其中:B、R、S 属于贵金属热电偶;K、E、N、J 属于廉金属热电偶; T 型热电偶用于测量 低温。

3.会异常分析 3.1 热电偶测温系统常见故障原因及处理方法 故障现象 热电偶比实际值小 可能原因 热电极短路 处理方法 找出短路原因,如因潮湿所至,则需要进 行干燥;如因绝缘端子损坏所至,则需更 换绝缘子 清扫积灰 找出短路点,加强绝缘或更换补偿导线 在长度允许的情况下,剪去变质段重新焊 接,或更换新热电偶 重新接正确 更换相配套的补偿导线 重新按规定安装 调整冷端补偿器 更换热电偶或显示仪表使之相配 更换热电偶或显示仪表使之相配 更换相配套的补偿导线 排除直流干扰 将接线柱螺丝拧紧 紧固热电偶,消除震动或采取减震措施 修复或更换热电偶 查出干扰源,采取屏蔽措施 更换热电极 改变安装位置 清除积灰热电偶的接线柱处积灰, 造成短路 补偿导线线间短路 热电偶热电极变质 补偿导线与热电偶极性接 反 补偿导线与热电偶不配套 热电偶安装位置不当或插 入深度不符合要求 热电偶冷端温度补偿不符 合要求 热电偶与显示仪表不配套 热电势比实际值 大 热电偶与显示仪表不配 套 补偿导线与热电偶不配套 有直流干扰信号进入 热电势输出不稳定 热电偶接线柱与热电极接 触不良 热电偶安装不牢或外部 震动 热电极将断未断 外界干扰(交流漏电,电磁 感应等) 热电偶热电势误 差大 热电极变质 热电偶安装位置不当 保护管表面积灰4.能遵守工艺纪律 4.1 热电偶安装及注意事项 a 在管道安装中,感温元件的工作端应置于管道中流速最大处。

热电偶的保护套管的末端应 越过流束中心线 5~10mm。

b 感温元件与被测介质形成逆流, 应迎着气流流向插入, 至少应与被测介质流束方向成 90°。

特别情况下也不能顺流安装测温元件,否则会产生测温误差。

c 插深一般不应小于 300mm,如果插入深度不够,外露部分又空气流通,这样所测出的温度 比实际温度低 3~4 度。

d 在测温元件安装时,应防止电磁场干扰的引入而影响准确测量。

在接线时一定要确保良好接触,拧紧空心螺栓,然后盖紧接线盒盖子,对不得不露在空中的 热电偶最好加防雨措施, 以防雨淋损坏元件。

为保护补偿导线不受外来的机械损伤和由于外 磁场而造成对仪表的影响,补偿导线应加以屏蔽,并且不准有曲折迂回的情况。

e 热电偶和热电阻应尽量垂直装在水平或垂直管道上,安装时应有保护套管,以方便检修和 更换。

f 测量管道内温度时,元件长度应在管道中心线上(即保护管插入深度应为管径的一半) 。

g 热电偶的冷端应处在同一环境温度下,应使用同型号的补偿导线,且正负要接对。

h 高温区使用耐高温电缆或耐高温补偿线。

4.2必须遵守的工艺纪律 序号 1 2 3 必 须 拆卸、复装、搬运仪表设备必须使用专用的 工器具,轻拿、轻放 复装仪表设备紧固件必须完整、齐全,螺栓 均匀用力上紧 重要的保护、联锁系统静态试验时,必须从 就地仪表处模拟动作; 试验结束后必须马上 恢复就地仪表至正常工作状态 各测量元件引线必须固定牢固、压接良好; 必须避开热源及机械转动部分 信号接入 DCS 系统的现场设备,在拆线后必 须将线头包好, 防止线路短路或接地而损坏 DCS 系统卡件 不 不准碰撞和损伤 不准短缺螺栓和垫圈 不准从 DCS 系统内强制节点状态进行 试验 不准乱接乱引;不准使引线受到挤压 或过热影响 线头不准短路、接地 准4 5

 
 

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