熱電偶電路及其原理和使用

　　一、熱電偶介紹：
　　
　　熱電偶屬于接觸式溫度測(cè)量?jī)x表是工業(yè)生產(chǎn)中最常用的溫度檢測(cè)儀表之一。它直接測(cè)量溫度，并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)熱電偶換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表（二次儀表）轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。
　　二、熱電偶工作原理：
　　
　　熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過(guò)電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過(guò)，此時(shí)兩端之間就存在Seebeck電動(dòng)勢(shì)——熱電動(dòng)勢(shì)，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個(gè)恒定的溫度下。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時(shí)，只要該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相同,熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量?jī)x表,測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后,即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。
　　
　　三、熱電偶優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　熱電偶是工業(yè)中常用的溫度測(cè)溫元件，具有如下特點(diǎn)：
　　
　　①測(cè)量精度高：熱電偶與被測(cè)對(duì)象直接接觸，不受中間介質(zhì)的影響。
　　
　?、跓犴憫?yīng)時(shí)間快：熱電偶對(duì)溫度變化反應(yīng)靈敏。
　　
　?、蹨y(cè)量范圍大：熱電偶從-40~+1600℃均可連續(xù)測(cè)溫。
　　
　　④性能可靠，機(jī)械強(qiáng)度好。
　　
　?、菔褂脡勖L(zhǎng)，安裝方便。
　　
　　四、熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)：
　　
　　(1)熱電偶的種類
　　
　　熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)WRN系列，N型(鎳鉻硅-鎳硅鎂)WRM系列，E型(鎳鉻-銅鎳)WRE系列，J型(鐵-銅鎳)WRF系列，T型(銅-銅鎳)WRC系列，S型(鉑銠10-鉑)WRP系列，R型(鉑銠13-鉑)WRQ系列，B型(鉑銠30-鉑銠6)WRR系列等。

　　(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式：
　　
　　熱電偶的基本結(jié)構(gòu)是熱電極，絕緣材料和保護(hù)管；并與顯示儀表、記錄儀表或計(jì)算機(jī)等配套使用。在現(xiàn)場(chǎng)使用中根據(jù)環(huán)境，被測(cè)介質(zhì)等多種因素研制成適合各種環(huán)境的熱電偶。熱電偶簡(jiǎn)單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環(huán)境細(xì)分有耐高溫?zé)犭娕迹湍犭娕迹透療犭娕?，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測(cè)溫用熱電偶，循環(huán)硫化床用熱電偶，水泥回轉(zhuǎn)窯爐用熱電偶，陽(yáng)極焙燒爐用熱電偶，高溫?zé)犸L(fēng)爐用熱電偶，汽化爐用熱電偶，滲碳爐用熱電偶，高溫鹽浴爐用熱電偶，銅、鐵及鋼水用熱電偶，抗氧化鎢錸熱電偶，真空爐用熱電偶，鉑銠熱電偶等。
　　
　　熱電偶也叫溫差電偶，是最早出現(xiàn)的一種熱電探測(cè)器件。其工作原理是溫差電效應(yīng)。例如，由兩種不同的導(dǎo)體材料構(gòu)成的接點(diǎn)，在接點(diǎn)處可產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。這個(gè)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向與該接點(diǎn)處兩種不同的導(dǎo)體材料的性質(zhì)和兩接點(diǎn)處的溫差有關(guān)。如果把這兩種不同的導(dǎo)體材料接成回路，當(dāng)兩個(gè)接頭處溫度不同時(shí)，回路中即產(chǎn)生電流。這種現(xiàn)象稱為溫差電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)。構(gòu)成溫差電偶的材料，既可以是金屬，也可以是半導(dǎo)體。在結(jié)構(gòu)上既可以是線、條狀的實(shí)體，也可以是利用真空沉積技術(shù)或光刻技術(shù)制成的薄膜。實(shí)體型的溫差電偶多用于測(cè)溫，薄膜型的溫差電堆(由許多個(gè)溫差電偶串聯(lián)而成)多用于測(cè)量輻射，例如，用來(lái)標(biāo)定各類光源，測(cè)量各種輻射量，作為紅外分光光度計(jì)或紅外光譜儀的輻射接收元件等。
　　五、熱電偶應(yīng)用
　　
　　1 熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償
在生產(chǎn)實(shí)際中，由于熱電偶的工作端(測(cè)量端)與冷端(參比端)離得很近，而且冷端又暴露在工作環(huán)境之中，因而容易受到周?chē)ぷ鳝h(huán)境溫度波動(dòng)的影響，所以冷端溫度難以保持恒定，造成測(cè)量不準(zhǔn)。實(shí)際應(yīng)用是用專用補(bǔ)償導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸至溫度較低和比較穩(wěn)定的地方。
　　在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，要注意兩個(gè)問(wèn)題。其一，補(bǔ)償導(dǎo)線的型號(hào)要與熱電偶的型號(hào)相配。其二，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線連接端所處的溫度不超過(guò)100℃，否則補(bǔ)償導(dǎo)線所產(chǎn)生的金屬導(dǎo)體的溫差電勢(shì)不能忽略。
　　2 熱電偶的安裝
　 1、熱電偶的安裝應(yīng)盡可能保持垂直，以防止保護(hù)套管在高溫下產(chǎn)生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測(cè)介質(zhì)的流向插入，以保證測(cè)溫元件與流體的充分接觸。
　 2、熱電偶應(yīng)安裝在有保護(hù)層的管道內(nèi)，以防止熱量散失。
　3、熱電偶安裝在負(fù)壓管道中時(shí)，必須保證測(cè)量處的密封性，以防止外界冷空氣進(jìn)入，使讀數(shù)偏低。
　4、熱電偶的接線盒面蓋應(yīng)向上，入線口應(yīng)向下，以避免雨水或灰塵進(jìn)入接線盒，影響測(cè)量精度。
　　六、水泥企業(yè)常用熱電偶的選擇
　　對(duì)于不同的測(cè)量系統(tǒng)或不同的工藝要求，我們可以根據(jù)其系統(tǒng)或工藝的測(cè)量范圍、測(cè)量狀態(tài)和介質(zhì)情況選用不同類型的熱電偶，工業(yè)熱工(如新型干法生產(chǎn)線的窯)常用的熱電偶見(jiàn)表1。
　1、WRR熱電偶
　 其熱電特性在高溫下最為穩(wěn)定，適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用，但其產(chǎn)生的熱電勢(shì)小，因而靈敏度低，響應(yīng)速度慢，而且價(jià)格昂貴。由于WRR在低溫時(shí)熱電勢(shì)極小，因此當(dāng)熱電偶冷端溫度在40℃以下時(shí)，一般不需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。
　2、WRP熱電偶
　適宜于在氧化性或中性介質(zhì)中使用，耐高溫，不易氧化和腐蝕，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的測(cè)量精度，可用于精密溫度測(cè)量和作基準(zhǔn)熱電偶(校準(zhǔn)用熱電偶)。
　3、WRN熱電偶
　適宜于在氧化性和中性介質(zhì)中使用。500℃以下低溫范圍內(nèi)，也可在還原性介質(zhì)中進(jìn)行測(cè)量。其突出優(yōu)點(diǎn)是熱電勢(shì)大，靈敏度高，響應(yīng)速度快，線性度好，測(cè)溫范圍較寬，造價(jià)低，因而在工礦企業(yè)應(yīng)用廣泛。
　 4、WRE熱電偶
　適宜在還原性或中性介質(zhì)中使用，其熱電勢(shì)比較大，靈敏度高，線性度非常好，價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是測(cè)溫上限不高。
　　　在進(jìn)行熱電偶的選型時(shí)，除要注意上述熱電偶的使用環(huán)境、測(cè)量范圍、測(cè)量精度、靈敏度和響應(yīng)速度之外，還要注意熱電偶保護(hù)套管的結(jié)構(gòu)、材料、耐壓強(qiáng)度及保護(hù)套管的插入深度等。對(duì)于精度要求較高，響應(yīng)速度和靈敏度要求較高的工藝測(cè)量點(diǎn)，必須選用較貴重的S型熱電偶；對(duì)于溫度較高，響應(yīng)速度和靈敏度要求不很高的工藝測(cè)量點(diǎn)，選用B型熱電偶：一般的工藝參數(shù)測(cè)量，我們選用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的K型或E型熱電偶。例如：我公司窯尾煙室和分解爐的溫度測(cè)量，我們多選用S型或K型熱電偶。因?yàn)檫@兩處為動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)，其溫度隨噴煤量的變化而變化，要準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)此兩處的溫度，則熱電偶必須有較高的靈敏度和熱響應(yīng)速度。我公司窯頭和三次風(fēng)管(入窯尾煙室處)的溫度測(cè)量多選用B型熱電偶；而一、二、三級(jí)預(yù)熱器出口處的溫度測(cè)量多選用K型熱電偶；旋風(fēng)分離器出口、烘干破碎機(jī)出口、窯尾電除塵器出入口的溫度測(cè)量多選用E型熱電偶。