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带您深入了解热电偶的8大基础内容

来源:发表时间:2019-01-18


      根据yzc1188亚洲城大数据的汇总,大多数热电偶由金属线组成。热电偶具有多种类型的结构,可提供直接或差分温度测量,坚固性,耐用性或电路隔离。热电偶对温度变化具有快速动态响应。然而,为了保护和易于校准和移除,大多数热电偶安装在绝缘热电偶套管中,这大大延迟了动态响应。下面yzc1188亚洲城小编带您深入了解热电偶的8大基础内容。
1、塞贝克效应
      yzc1188亚洲城在1821年首次描述了热电偶的原理。塞贝克发现,当两种不同金属的导线连接在一起形成至少两个结的电路时,当结处于不同温度时,电流将流动。这种称为塞贝克效应的现象是热电偶设计的基础。
      热电偶由两根导线组成,每根导线由不同的均质金属或合金制成。导线在一端连接以形成测量接头。该测量接头暴露于被测量的流体或介质。电线的另一端通常在测量仪器处终止,在那里它们形成参考接合点。当两个结处于不同温度时,电流将流过电路。测量由电流产生的毫伏电压以确定测量结的温度。参考结保持在恒定或参考温度。在许多情况下,结被保持在融冰的温度,这允许直接从指示器读取温度而无需计算校正。可以使用冰浴保持0℃的参考温度。在许多热电偶安装中,测量接头距离参考接头所在的电压测量仪器几百英尺。具有与热电偶线相同的热电特性的延长线或引线通常连接到热电偶并且延伸到测量仪器处的端子。
      通常,参考结补偿是测量来自热电偶的毫伏信号的仪器的一个不可或缺的特征。在这些仪器中,温度敏感元件热结合到参考结连接。键合元件的电阻 - 温度曲线与热电偶线的毫伏 - 温度曲线相匹配。


2、热电偶的类型
      大约十几种类型的热电偶通常用于工业应用中。其中七个由美国仪器协会(ISA)指定了字母。按照惯例,使用斜线标记来分离每根热电偶线的材料。例如,铜/康铜用一根铜线和一根康铜线识别热电偶。列出导线材料的顺序标识导线的极性。当测量结温度高于参考结时,斜线左侧的第一根导线具有正极性。
      热电偶可分为三种功能类别:贱金属热电偶,贵金属热电偶和难熔金属热电偶。贱金属热电偶可用于测量低于1000℃的温度。此类包括由铁/康铜(J型),铜/康铜(T型),Chromel / Alumel(K型),Chromel /康铜(E型)以及铜,镍,铁,铬,锰合金制成的热电偶,铝和其他元素。贵金属热电偶适用于约2000℃。难熔金属热电偶适用于约2600℃。该类包括钨铼合金热电偶以及由钽,钼及其合金制成的热电偶。
3、热电偶参考表
      许多热电偶电路包含放大来自热电偶的毫伏信号并将电压信号转换成直接温度指示的装置。但是,有一些热电偶电路没有用于直接温度读数的转换电路。在这些情况下,温度EMF参考表可用于将电压表读数转换为等效温度值。由于不同类型的热电偶具有不同的热电关系,因此每种热电偶都有一个参考表。这些表中的值基于国际实用温标和美国法律电气单位。表格可从各种来源获得,包括NBS Monograph 125,ANSI Standard MC 96.1,SATM Annual Book of Standards和ISA标准。
4、热电偶设计
      导线直径越小,热电偶的响应时间越短。裸线热电偶通常用硬质烧制陶瓷绝缘体绝缘。带护套的热电偶线用压碎的矿物氧化物绝缘,该压缩的矿物氧化物在保护套内压实。为确保延长线与热电偶一起使用时的准确性,延长线必须具有与热电偶相同的温度 - 电动势特性。延长线上使用的绝缘材料可分为四大类:防水,防潮,耐热和抗辐射。为了帮助视线识别电线并避免无意的交叉布线,许多热电偶线和延长线都是彩色编码的。请注意,红色始终用于识别负极引线。
5、热电偶组件
      热电偶组件由热电偶和一个或多个相关部件组成,例如接线盒,连接头和保护管。热电偶通常安装在保护管或热电偶套管中。
      保护管和热电偶套管可防止热电偶受到过程中的污染。它们还提供机械保护和支持。保护管是薄壁金属或陶瓷管,用于低压应用。保护管可以具有设计用于直接连接到连接头的外螺纹,或者可以提供衬套或凸缘用于连接到容器。
      热电偶套管或保护管将增加径向传热阻力并增加阀杆损失。热电偶与井或管壁之间的间隙中的热传递通常是增加径向传热阻力的主要因素。因此,通常使用填充材料来改善传热。但是,应该注意填料会老化和/或重新分布。因此,它对热电偶响应时间的影响是不确定的。用于改善传热的填料材料应具有某些特性,例如:
6、导热率高。
      •在发生泄漏时与热电偶,热电偶套管和过程介质的化学兼容性。
      •在工作温度下化学和物理性质的长期稳定性。一些填料可以改善新的传热,但减少老化后的传热。
      •足够的流动性或可塑性。填充物不得在井尖处压实,因为它会阻止热电偶完全插入。如果安装热电偶套管的尖端高于头部,则需要可塑性以防止填充物耗尽。
为了改善响应时间,热电偶通常在保护管或热电偶套管的底部。底部确保测量接头紧紧地压在管或孔的末端。这可能使热电偶接地,导致某些类型的安装困难。
7、安装注意事项
      浸入深度对于测量的准确性至关重要。浸入长度不应与插入长度相混淆,插入长度是从孔或管的自由端到(但不包括)外螺纹或其他连接到容器或连接头的装置的长度。建议最小浸入长度为管或孔直径的8至10倍,以尽量减少传导误差。然而,当热电偶用于高速液体时,可能不需要深入浸入。
热电偶的位置也是重要的安装考虑因素。热电偶套管通常垂直于一个角度或弯头安装。在气体应用中,热电偶应位于质量速度尽可能高的位置。在高温应用中,例如烤箱或熔炉,通过容器顶部垂直安装热电偶将防止热电偶弯曲或下垂。建议保护管或热电偶套管延伸超出容器炉或加工设备的外表面,以使连接头的温度接近环境大气温度。
      热电偶延长线的安装方式应使其免受过热,潮湿和机械损坏。延长线应从连接头一直延伸到测量仪器端子。热电偶可以并联连接以提供平均温度测量。热电偶也可以串联安装以形成热电堆。在这种情况下,连接热电偶使得交替的连接点处于已知温度。在热电堆中,所有热电偶的电压都会增加,因此输出是测量结点数的n倍,从而提供了一种检测温度微小变化的方法。
8、检查热电偶精度
      新的未使用的热电偶的输出将仅由其测量结的温度决定。但是,在使用热电偶后,热电偶材料将不再均匀。在这种情况下,使用过的热电偶的输出不仅仅取决于其测量接头的温度。因此,有不同的程序来检查未使用和使用过的热电偶的准确性。
      用于测试新热电偶材料的各种方法描述于出版物300,第II卷,“精确测量和校准 - 温度”,由国家标准局出版,以及在E2220-72,“通过比较技术校准热电偶”,由美国测试与材料协会。测试新热电偶精度的一种常用方法是将参比接点置于冰浴中以确定参考温度并将测量接头置于可变校准温度浴中。
      使用或安装的热电偶在各种气氛中暴露于高温下可能会改变特性。这种热电不均匀性是由热电偶线和/或结的污染或劣化引起的。测量接头将变质或被污染。最好定期检查热电偶。
      检查已安装的热电偶的目的是确定实际使用中的温度误差,而不是热电偶的温度 - EMF特性。因此,应始终在正常安装位置检查使用过的热电偶。如果将热电偶从其安装位置移除并放置在校准炉中进行检查,则炉内的温度梯度极不可能与正常安装的温度梯度相匹配。
      通过将其读数与相同类型的新热电偶或检查热电偶的读数进行比较来检查已安装热电偶的精度。当保护管的直径足够大时,检查热电偶可以插入工作热电偶旁边。当保护管的尺寸不足以容纳另一个热电偶时,可以取下维修热电偶,并将检查热电偶暂时插入其位置。
      如果安装的热电偶用于测量宽范围的温度,则应在其使用范围内的多个温度下进行检查。虽然测试一个温度的热电偶提供了一些信息,但假设热电偶的EMF变化与温度或EMF成正比是不安全的。用于检查热电偶的贵金属热电偶通常可以依赖于相当长的使用时间。

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