【热电偶补偿导线的延伸应用】热电偶温度补偿导线

时间：2019-05-01 03:13:11　来源：雅意学习网本文已影响人

　　【摘要】在生产中盐炉控温温差太大，及热电阻易腐蚀、短路等问题，用补偿导线制作简易“热电偶”巧妙连接，通过原理分析，进一步通过实践的论证，问题逐一得到解决。　　【关键词】热电偶；补偿导线；温度测量；热电势
　　热电偶是工业生产中最常用的感温元件之一。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响，测量范围广。其特点为测量精度高结构简单、稳定性好。补偿导线种类很多，价格低廉、性能良好而在工矿企业温度测量中广泛应用。
　　一、问题的提出
　　由两种不同的金属或合金组成的闭合回路，是最简单的热电偶回路，这两种不同的金属或合金组合就称为热电偶。热电偶在工业应用很广泛。测量仪表一般安装在远离热源和环境温度比较稳定的地方，热电偶的接线盒距被测对象很近，必须用导线把热电偶参考端与仪表连接。用普通铜导线连接则热电偶参考端温度较高且不稳定，给测量带来很大误差，若将热电极延长使热电偶参考端远离热源，理论可以，实际应用中会造成热电极材料的很大浪费，选用补偿导线最合适。它的特点是在0-100℃或0-150℃范围内与相应的热电偶特性相同，还能节约大量的昂贵的金属材料。不仅如此，补偿导线还有以下特点：种类很多，各种直径的都有，根据特殊适用场所还能制作成防水、防腐、防火的补偿导线。
　　盐溶炉的温控过程是：先有铂铑10—铂热电偶产生的热电势，经过其对应的补偿导线把信号送入电子自动电位计的输入端，经表内的滤波电路滤波后与桥路两端的直流电压相比较，产生几uV到几十uV的偏差信号，此信号经放大器放大后，输给可逆电机，可逆电机带动滑动电阻动触点达到新的平衡，并带动控制机构（微动开关）控制中间继电器，进而控制盐浴炉（以下简称盐炉）电极的通断电及盐炉的炉温。盐炉温差产生的主要原因是：（1）因为盐炉有腐蚀性及温度高所需用的变化套管较厚，为了保护铂铑10、铂等贵重金属丝，采用了双绝缘瓷管保护，便产生了热惰性。（2）因为盐炉所用表是机械控制，本身就存在着一个控制范围，且不可调。（3）随着热电偶的使用，保护套管逐渐变薄，温差也有所变小，造成温差的波动，（4）盐炉不是密闭的，炉温变化很大。以上这几方面极大的影响了产品质量。
　　二、分析问题
　　为了产品质量的稳定及进一步提高，有以下几种解决问题的思路：
　　（1）可用带有PID调节功能的电子自动电位差计与可控硅一起控制加热电源。（2）也可以用数字显示仪表，通过调节设定偏差大小来解决。（3）也可用补偿导线在1000C以下与其所补偿热电偶具有相同性能来制作成简易的小型热电偶，与原有热电偶及仪表一起控制盐炉的中间继电器，进而控制炉温。这三种方法都能减小温差，满足更高的工艺要求。但（1）线路复杂，成本高，不便于检修。（2）不但成本高，而且不能进行历史查询。（3）线路简单，成本低，便于安装及维修。
　　三、解决问题
　　工作原理如下：把两根0.5米长的铜——镍铜补偿导线两端剥去绝缘层，将其中的一端正负极用钳子拧在一起或者焊接在一起，制作相同的两根，分别插入盐炉控制柜K1(绿色电源通断指示灯)K2（红色电源通断指示灯）旁边，正负两端分辨接入热电偶补偿导线gg＇及hh＇截断处，具体接法及标注符号如图1。k为热电偶接点，K3、K4为补偿导线连接点（因为同极补偿导线之间不产生热电势，故其接点忽略），K5、K6为补偿导线与电子自动电位差计的连接点。除了K点插入盐炉中及K1、K2点处温度随盐炉通断电变化外，别的接点都处于环境温度中，故K、K1、K2、K3、K4、K5、K6处的温度分别为t、t1、t2、t0、t0、t0、t0。热电偶跟补偿导线接线处的温度为t0，输入到电子自动电位差计的电势信号为E总。
　　因为热电偶回路中的总电势等于各接点分热电势之代数和，公式如下：
　　E总=Eef（t,t0""）+Egf（t0"",t0）－Ega（t0,t0）+ Eab（t1,t0）－Edc（t2,t0）+Edh""（t0,t0）。由中间导体定律：在热电偶回路中接入第三种金属材料，只要这第三种金属材料两端的温度相同，热电偶产生的热电势保持不变，不受第三种金属接入的影响。可知：Ega（t0,t0）＝０，Edh""（t0,t0）＝０。由连接导体定律与中间温度定律：在热电偶回路中，如果热电极A、B分别与连接导线A＇、B＇相接，接点温度分别为T、Tn、T0（见图2），则回路的总热电势等于热电偶的热电势EAB(T,Tn)与连接导线A＇、B＇在温度Tn、T0时，热电势Ea""b""(Tn,T0)的代数和。即：EABB""A"" (T,Tn,T0) =EAB(T,Tn)+EA""B""(T,Tn)。可知：Eef（t,t0""）+Egf（t0 "",t0）=Eef（t,t0）
　　故上式为：E总=Eef（t,t0）+ Eab（t1,t0）－Eab（t2,t0） (1)
　　当盐炉控制柜送电时，绿灯亮，t1升高，t2不变，即Eab（t1，t0）上升，由(1)式可知，E总升高，从而使电子自动电位差计比实际温度高几摄氏度，从而提前达到设定温度断电。当盐炉控制柜断电时，红灯亮，t1不变，t2上升，即Eab（t0,t0）上升，由（１）式可知，E总下降，从而使电子自动电位差计比实际温度低几摄氏度，提前回落到设定温度，从而使盐炉提前送电。
　　四、结论
　　通过改进，盐浴炉的温度变化范围大大缩小，使产品质量有了根本的保证，不用买很贵的控制柜，节约了不菲的成本。
　　我公司原有的淬火油温池、清洗产品用的配料池、及磷化用的磷化池，都是通过热电阻的阻值变化传送到数字温度指示调节仪（以下简称数显表），该数显表再控制中间继电器，继电器控制加热设备，从而控制相应的温度，一是热电阻价格高，二是易损坏；热电阻因为不易固定，掉到相应的液体里阻值有微小变化，数显表示值就会很大变化，液体油烟、蒸汽等等都会改变热电阻的阻值，同时热电阻丝很细也容易断，等等这些原因都会导致仪表示值的改变甚至不工作。按照上述方法把补偿导线制成简单的“热电偶”，直接跟数显表连接，不但经济实惠，还克服了热电阻的种种缺陷，在实际应用过程中效果非常好，又简单容易操作。达到了降低成本，提高效率的目的。参考文献
　　[1]《温度计量》.北京市标准计量局编.中国计量出版
　　[2]王健石.《工业用热电偶及补偿导线技术手册》.中国计量出版社,2003-1-1
　　[3]王森,纪刚.《仪表常用数据手册》.化学工业出版社,2006-8-1?

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