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各种分度号热电偶应用与发展原理由茂名惠利自动化仪表有限公司解说。

来源:上海自仪作者:茂名惠利自动化仪表有限公司

        目前,对于热电偶传感器的研究已经很透彻。在很多领域里,热电偶的应用是达到了举足轻重的程度,应用很广泛,效果也很理想。但是,其发展还有很大的空间,对于它的性能、用途以及使用范围还需进一步了解。鉴于热电偶的高速发展,本文主要对它的应用与发展进行阐述。

1热电偶的工作原理

热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过,此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势,这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极,温度较高的一端为工作端,温度较低的一端为自由端,自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表; 分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的,不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时, 只要该材料两个接点的温度相同, 热电偶所产生的热电势将保持不变,即不受第三种金属接入回路中的影响。因此, 在热电偶测温时, 可接入测量仪表, 测得热电动势后, 即可知道被测介质的温度。 两种不同成份的导体(称为热电偶丝材或热电极)两端接合成回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的,其中,直接用作测量介质温度的一端叫做工作端(也称为测量端),另一端叫做冷端(也称为补偿端);冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。

2热电偶的种类及应用

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从198811日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定SBEKRJT七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。     

S型热电偶)铂铑10-铂热电偶        铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为10%,含铂为90%,负极(SN)为纯铂,故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃

       S型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。它的物理,化学性能良好,热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好,适用于氧化性和惰性气氛中。由于S型热电偶具有优良的综合性能,符合国际使用温标的S型热电偶,长期以来曾作为国际温标的内插仪器,

       S型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。   

R型热电偶)铂铑13-铂热电偶        铂铑13-铂热电偶(R型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(RN)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃

       

      R型热电偶不足之处是热电势,热电势率较小,灵敏读低,高温下机械强度下降,对污染非常敏感,贵金属材料昂贵,因而一次性投资较大。  

B型热电偶)铂铑30-铂铑6热电偶

       铂铑30-铂铑6热电偶(B型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(BP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为30%,含铂为70%,负极(BN)为铂铑合金,含铑为量6%,故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃,短期最高使用温度为1800℃        B型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好, 

       K型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。  

N型热电偶)镍铬硅-镍硅热电偶

        镍铬硅-镍硅热电偶(N型热电偶)为廉金属热电偶,是一种最新国际标准化的热电偶,是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点:K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定;在800℃左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极(NP)的名义化学成分为:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4,负极(NN)的名义化学成分为:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1,其使用温度为-200~1300℃

       N型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,抗氧化性能强,价格便宜,不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶.

       N型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性或还原,氧化交替的气氛中和真空中,也不推荐用于弱氧化气氛中。  

E型热电偶)镍铬-铜镍热电偶

       镍铬-铜镍热电偶(E型热电偶)又称镍铬-康铜热电偶,也是一种廉金属的热电偶,正极(EP)为:镍铬10合金,化学成分与KP相同,负极(EN)为铜镍合金,名义化学成分为:55%的铜,45%的镍以及少量的锰,钴,铁等元素。该热电偶的使用温度为-200~900℃

       E型热电偶热电动势之大,灵敏度之高属所有热电偶之最,宜制成热电堆,测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏,宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好,抗氧化性能优于铜-康铜,铁-康铜热电偶,价格便宜等优点,能用于氧化性和惰性气氛中,广泛为用户采用。

       E型热电偶不能直接在高温下用于硫,还原性气氛中,热电势均匀性较热电偶。

J型热电偶)铁-铜镍热电偶

        -铜镍热电偶(J型热电偶)又称铁-康铜热电偶, 

J型热电偶具有线性度好,热电动势较大,灵敏度较高,稳定性和均匀性较好,价格便宜等优点,广为用户所采用。

3热电偶传感器在具体工程中的应用:

漏钢是连铸生产中一种灾难性的事故,漏钢会损坏设备,降低作业率,给企业造成很大的经济损失。连铸漏钢可分为粘结漏钢、夹渣漏钢、裂纹漏钢等,漏钢与钢水成分、温度、设备状况、保护渣性能以及操作水平有密切联系。生产过程中的漏钢事故一般为铸坯出生壳在结晶器内发生粘结或其他异常情况没有得到补救,出 

漏钢预报系统,是一种可以通过分析分布在结晶器壁上的热电偶采集到的温度变化,得知坯壳破裂处及其扩展,从而检测出漏钢趋势并进行报警的设备RAMON漏钢预报系统主要由以下几部份组成:现场操作箱、控制柜、工控机、热电偶模块、连接器、热电偶、热电偶保护套管、离线检测装置等部分组成。

正常浇注情况下, 由于结晶器内新生高温坯壳的不断向下运动,上排热电偶温度大于下排热电偶的温度;当坯壳发生粘结被拉断时,补入的钢水直接和铜板接触,上排热电偶温度升高,拉断处会形成薄弱的坯壳并将继续向下运动,在钢水静压力的作用下紧贴铜壁,使下排的热电偶温度也随之上升 ”。当粘结严重时,会使两个热电偶的温升达到一定值,如果温升超过允许值,系统便发出漏钢报警。

预报系统可分为手动操作或自动控制。当选择人工控制时,操作人员根据系统画面及报警,手动控制相应系统; 在自动状态下, 当出现非正常状态时,系统自动降低相应流的拉速并发出警报,相应流自动减速,以便使裂口愈口。提供的愈合时间是根据不同钢种预先设定的。自发生报警恢复至正常状态,不需人工操作。

     4热电偶的发展

国内外的许多研究机构和制造商,根据工业过程自动化的检测和控制要求,不断设计和制造出许多新的热电偶,目前的发展趋势大致如下:

1) 产品结构铠装化

铠装热电偶具有寿命长、可弯曲、热响应时间小、耐震动等的优点,倍受用户青睐。它将逐步地代替过去用绝缘瓷珠穿丝的装配结构型式。

近年来,茂名惠利自动化仪表有限公司 现场总线已广泛应用于许多自动化控制领域,带智能型转换器的热电偶也已面世。它采用二线制420mA或数字化输,通过手持终端操作器接在420mA任意位置,实现数字信号通讯的现场或远距离重调。它还具有PID的控制功能。在这种情况下,420mA作为控制输出,过程变量是测量的温度值,,设置则可由操作者直接或使用一个可组态的设置操作器来调整,其输出信号可接到执行单元;同时信号的数字部分提供过程变量、输出、设置和其他转换参数或PID参数