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熱電偶,這一測溫元件,由兩種不同成分的導體焊接而成。其直接與被測物體接觸的部分,即測量端,也被稱為熱端;而接線端子端,則被稱為參比端或冷端。當測量端與參比端之間存在溫差時,熱電偶回路中便會產生熱電勢,這一現象即熱電效應。正是基于這一原理,熱電偶得以廣泛應用于溫度測量。
裝配式熱電偶的結構則包括接線盒、接線端子、保護套管、絕緣瓷管以及熱電極等部分,部分產品還配備了多種安裝固定裝置,以適應不同的生產現場安裝需求。
熱電偶,作為一種重要的測溫元件,其工作原理基于熱電效應。它由兩種不同成分的導體焊接而成,其中直接與被測物體接觸的部分被稱為測量端或熱端,而另一端則稱為參比端或冷端。當測量端與參比端之間存在溫差時,熱電偶回路中便會產生熱電勢,從而實現對溫度的測量。此外,熱電偶的結構也相對復雜,通常包括接線盒、接線端子、保護套管、絕緣瓷管以及熱電極等多個部分。這些組件的巧妙組合,使得熱電偶能夠適應不同的生產現場安裝需求,廣泛應用于溫度測量領域。
鎧裝熱電偶,以其細長、易彎曲、熱響應迅速、抗沖擊振動以及堅固耐用的特性,在溫度測量領域中發揮著重要作用。它不僅適用于各種復雜的生產現場,還可作為裝配式熱電偶的內芯元件進行使用。其測量端結構形式多樣,包括絕緣式、露端式和接殼式三種,使得它能夠靈活應對不同的測量需求。
①在常規情況下,若無特別指明,鎧裝熱電偶多選用絕緣式設計,因其具備良好的抗干擾能力。
②需注意,絕緣式鎧裝熱電偶的熱響應速度較接殼式稍慢。
③絕緣式鎧裝熱電偶適用于外徑范圍在0.5至8毫米之間的熱電偶。
①接殼式鎧裝熱電偶具有較快的熱響應速度。
②然而,接殼式鎧裝熱電偶在存在電磁干擾的環境中可能表現不佳。
③其使用受到一定限制,要求熱電偶的外徑與保護管內徑之比滿足0.8D>H>0.1D的條件。
熱電偶所產生的熱電勢,其大小并非僅與測量端溫度相關,參比端(即冷端)的溫度同樣對其產生影響。在參比端溫度保持恒定的情況下,熱電動勢與測量端溫度之間呈現一一對應的關系。然而,在實際應用中,參比端的溫度往往因環境而異,難以恒定在0℃。這種冷端溫度的變化會導致測量結果產生偏差。因此,為了確保測量結果的準確性,有必要對熱電偶的冷端進行溫度補償。
(1) 溫度顯示最小
當溫度顯示達到最小值時,這可能是由于熱電偶的極性接反,導致反極性的熱電勢輸入給儀表。在YR-GFC系列數字顯示儀表中,如果熱電偶極性接反,上排PV大窗口會顯示一個帶“-OL-"符號的提示。此時,可以通過短路儀表輸入端子來檢查顯示儀表是否正常,如果能顯示室溫,則說明顯示儀表正常。接著,可以嘗試對換輸入信號線的極性,觀察顯示是否能夠恢復正常。如果仍然不正常,可以進一步檢查顯示儀表是否能夠正常接收熱電勢信號。
對于熱電偶正負極標志不清的情況,可以根據熱電偶的類型進行判斷。例如,對于S型和R型熱電偶,可以輕輕折下電極,較軟的那根往往是負極。對于K型和N型熱電偶,則可以利用磁鐵吸電極的方法,親磁的那根是負極。而對于J型熱電偶,親磁的那根實際上是正極。
(2) 溫度顯示最大
當數字顯示儀的顯示超過儀表量程上限,上排PV大窗口會顯示“-OH-"符號。這通常意味著溫度顯示達到了最大值。可能的原因包括:熱電偶斷路、接線錯誤或儀表故障等。需要逐一排查這些可能的原因,以確定并解決問題。
①儀表配備了傳感器斷路檢測功能,一旦熱電偶或其接線出現斷路,儀表會顯示最大值并觸發報警。因此,需要仔細檢查熱電偶及其連接電路,以確定是否存在斷路故障。
首先嘗試短接XS的接線端,并觀察儀表是否能夠顯示室溫。如果不能顯示,那可能意味著XS端子至顯示儀表輸入端的接線存在斷路。如果能顯示室溫,則進一步操作。拆下XS端子并連接至1號端的補償導線,然后使用萬用表測量該補償導線以及2號端的電阻。同時,也要測量熱電偶及其補償導線的電阻值。如果電阻值異常高或無窮大,那可能表示熱電偶或補償導線存在接觸不良或斷路的問題。此時,應仔細檢查接線螺釘是否松動,特別是熱電偶接線盒內的螺釘,因為高溫、潮濕等環境因素可能導致螺釘或補償導線腐蝕,進而出現接觸電阻增大或不導電的情況。需要注意的是,熱電偶接線盒內通常有四顆接線螺釘,其中兩顆用于固定補償導線與接線柱,而另外兩顆則用于固定熱電偶絲與接線柱。有時,由于某些螺釘不太明顯,可能會被忽視,導致無法找到故障點。
②熱電偶與顯示儀表的分度號不匹配時,儀表可能會顯示最大值。這種情況常出現在新安裝的系統或更換熱電偶或顯示儀表后。為了解決這個問題,我們需要分別檢查熱電偶及顯示儀表,并核實參數設置,包括分度號、量程上下限等,以確保它們設置正確。
(3)溫度顯示偏高
當顯示的溫度明顯高于實際測量值時,這可能是由于熱電勢值偏高所致。在排除工藝因素后,我們應檢查顯示儀表和熱電偶。對于新安裝或更換的儀表,重點要核實顯示儀表與熱電偶的分度號是否搭配正確。
(4)溫度顯示偏低
若顯示的溫度明顯低于實際測量值,即熱電勢值偏低,同樣需要排除工藝因素的影響。此時,我們仍需檢查顯示儀表和熱電偶,并注意熱電偶與補償導線的極性是否接反。例如顯示溫度始終在室溫附近不變,這可能是由于補償導線短路或熱電偶極性接反所致。在檢查時,我們可以拆除一根補償導線并測量電阻值,以判斷是否存在短路故障。同時,我們還需要使用標準表如過程校驗儀來輸入熱電勢給顯示儀,以進一步判斷顯示儀表是否存在故障。
(5)溫度顯示波動
溫度顯示波動是指儀表顯示值出現不穩定,時高時低,甚至亂跳字等現象。這種波動通常是由輸入給顯示儀表的熱電勢不穩定所導致的。為了判斷波動來源,我們可以嘗試短路顯示儀表的信號輸入端。如果此時能穩定顯示室溫,則說明顯示儀本身正常,問題在于其之前的電路。接下來,使用標準表測量熱電勢,觀察其是否波動。若無波動,則可能是受到了某種干擾;若熱電勢有波動,則可能是接觸不良,可以通過電阻法進行檢查。
如果波動非常明顯且幅度很大,那可能是熱電偶的保護套管已經泄漏。此時,應將熱電偶從套管中抽出進行檢查。若發現熱電偶的瓷珠發黑或潮濕、帶水,即可確認保護套管已泄漏。在處理此類問題時,務必注意安全,并采取必要的安全措施,由專人配合進行檢查。
此外,熱電偶接線盒的密封不良也可能導致問題。若保護套管內進入水汽,會降低其絕緣性,從而引發不規則的接地或短路現象,導致熱電勢不規則分流,使顯示儀表上的值無規律地波動。同時,熱電偶安裝環境的氣氛也可能影響其使用,長時間使用后可能出現熱電極老化變質或熱端焊點出現裂紋等問題,也會引發波動故障。
針對熱電偶輸出熱電勢不穩定的問題,可以按照以下步驟進行檢查和處理:
在電加熱電爐的測溫系統中,當溫度升高時,耐火磚和熱電偶保護套管的絕緣性能會下降,導致加熱用的交流電可能泄漏到熱電偶中,從而引發干擾。此外,交流用電設備的電磁場感應以及變頻器產生的諧波干擾等,都可能竄入熱電偶的測量回路,造成干擾。為了檢測是否存在干擾,我們可以使用電子交流毫伏表或數字萬用表的交流電壓擋,測量XS接線端子1、2端間的串模干擾電壓,以及1、2端對地的共模干擾電壓。一旦發現干擾,應立即采取措施進行克服。
在電加熱電爐的測溫系統中,由于多種原因可能導致干擾問題。當溫度升高時,耐火磚和熱電偶保護套管的絕緣性能會受到影響,這可能導致加熱用的交流電部分泄漏到熱電偶中,進而引發測量干擾。同時,交流用電設備產生的電磁場感應以及變頻器產生的諧波干擾等,也可能通過某種途徑竄入熱電偶的測量回路,造成測量誤差。為了及時發現并處理這些干擾問題,我們可以采用電子交流毫伏表或數字萬用表的交流電壓擋,對XS接線端子1、2端間的串模干擾電壓以及1、2端對地的共模干擾電壓進行測量。一旦檢測到干擾電壓超出正常范圍,就應立即采取相應的措施來消除這些干擾,以確保測溫系統的準確性和穩定性。