「科普」热电偶和热电阻的原理与特点

　　热电偶与热电阻均属于温度测量中的接触式测温,尽管其作用相同都是测量物体的温度,但是他们的原理与特点却不尽相同。

　　首先,介绍一下热电偶,热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件主要特点就是测温范围宽,性能比较稳定,同时结构简单,动态响应好,加上转换变送器更能够远传4-20mA电流信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势由两种电势组成;温差电是和接触电势。

　　温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度,分别为B,R,S,K,N,E,J和T,其测量温度的最低可测零下270摄氏度,最高可达1800摄氏度,其中B,R,S属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型。

　　普通型热电偶一般由热电极,绝缘管,保护套管和接线盒等部分组成,而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后,经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线,其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种,延长导线的化化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。

　　热电阻虽然在工业中应用也比较广泛,但是由于他的测温范围使他的应用受到了一定的限制,热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随着温度的变化而变化的特性。其优点也很多,也可以远传电信号,灵敏度高,稳定性强,互换性以及准确性都比较好,但是需要电源激励,不能够瞬时测量温度的变化。工业用热电阻一般采用Pt100,Pt10,Cu50,Cu100,PT1000铂热电阻的测温的范围一般为零下200-800摄氏度,铜热电阻为零下40到140摄氏度。热电阻和热电偶一样的区分类型,但是他却不需要补偿导线,而且比热电偶便宜。

　　选型

　　1、被测量对象的正常温度范围在300℃以下的选用热电阻。

　　2、被测量对象的正常温度范围在300℃以上的选用热电偶。

　　安装与检修实训

　　掌握热电偶与热电阻的安装方法;

　　学会使用热电偶,热电阻进行温度测量;

　　掌握热电偶,热电阻与二次仪表的接线。

　　安装要求

　　对热电阻与热电偶的安装,应注意有利于测温准确,安全可靠及维修方便,而且不影响设备运行和生产操作。要满足以下要求,在选择对热电偶和热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下2点:

　　1、带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度:

　　(1) 当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支撑架和保护套管。

　　(2) 假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为1000mm,热电偶或热电阻插入深度500mm即可。

　　(3) 对于测量管道中心流体温度的热电偶,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是100毫米,那热电偶或热电阻插入深度应选择50~100毫米(应考虑到安装底座或法兰的尺寸);

　　(4)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套管对流体的阻力和防止保护套管在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶。浅插式的热电偶保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电偶的标准插入深度为100mm;

　　2、为了使热电偶和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应选择合理测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻。

　　安装方法

　　1、首先应测量好热电偶和热电阻法兰或者螺纹螺牙的尺寸,加工配套好法兰或者螺纹底座。

　　2、要根据法兰或者螺纹底座的尺寸,在需要测量的管道上开孔。

　　3、法兰或者螺牙座的焊接。把法兰座或者螺纹底座插入已开好孔内,把法兰座或者螺纹底座与被测量的管道焊接好。

　　4、把热电偶或热电阻用螺栓紧固或者螺纹旋进已焊接好的螺纹底座。

　　5、按照接线图将热电偶或热电阻的接线盒接好线,并与表盘上相对应的显示仪表连接。注意接线盒不可与被测介质管道的管壁相接触,保证接线盒内的温度不超过100℃范围。接线盒的出线孔应防因密封不良,水汽灰尘等沉积造成接线端子短路。

　　6、热电偶或热电阻安装的位置,应考虑检修和维护方便。

　　使用常识

　　1、热电偶、热电阻在保管、运输、携带、安装及使用时应避免剧烈碰撞和颠簸。

　　2、热电偶、热电阻当置入测量温场时避免骤冷骤热。

　　3、使用时应达到规定植入深度，否则不能保证测量的准确性。

　　4、应按热电偶、热电阻规定的环境和气氛使用，否则将严重影响使用寿命和精度。

　　5、被测量温场的温度上限应接近测量范围上限三分之二处，如长期工作在测量范围上限，则可能影响其寿命。

　　6、在高温环境水平安装时，应充分考虑保护管高温强度及高温条件下的形变。

　　7、应充分考虑热电偶、热电阻引线给测量精度带来的影响。热电偶、热电阻至显示仪或变送器的连接线应尽可能短截和使用屏蔽线;使用时应与动力线分开布线，否则将会产生干扰，影响显示的稳定性。