熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

摘要:文章主要介紹了熱電偶的結(jié)構(gòu)及其工作原理,著重介紹了N型熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
       熱電偶是一種感溫原件,它直接測(cè)量溫度,直接把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，隨后通過(guò)電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。
1熱電偶的工作原理
        兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì).這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一-端叫做工作端(也稱為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。
       熱電偶實(shí)際上是一-種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題:
(1)熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶冷端與工作端,兩端溫度差的函數(shù);
(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
(3)當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。將兩種不同材料的導(dǎo)體或   半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái),構(gòu)成-一個(gè)閉合回路,如圖所示。當(dāng)導(dǎo)體A利B的兩個(gè)執(zhí)者點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),囚而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

2熱電偶的性能
       熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測(cè)溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定,同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，更能夠遠(yuǎn)傳4~20mA電信號(hào),便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路,當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí).回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)有兩種電勢(shì)組成;溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同--導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì),不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度,所以他們產(chǎn)生的電勢(shì)也不相同，而接觸電勢(shì)顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí),因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌援a(chǎn)生一定的電子抄散，當(dāng)他們達(dá)到--定的平衡后所形成的電勢(shì)，接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。目前國(guó)際上應(yīng)用的熱電偶具有一一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國(guó)際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度,分別為B,R,S,K,N,E,J和T,其測(cè)量.溫度的低可測(cè)零下270℃，高可達(dá)1800℃，其中B,R,S屬于鉑系列的熱電偶,由于鉑屬重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種,普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒等部分組成,而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲、絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后,經(jīng)過(guò)拉伸加工而成的一-種堅(jiān)實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號(hào)卻需要一種特殊的導(dǎo)線來(lái)進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線,其主要作用就是與熱電偶連接,使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長(zhǎng)型兩種,延長(zhǎng)導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?但是實(shí)際中,延長(zhǎng)型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的連線一般都很明了,熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線,而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。
3N型熱電偶及其應(yīng)用
(1)基本概念:鎳鉻一鎳硅熱電偶(N型)這種熱電偶是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臉?biāo)準(zhǔn)化鎳基合金熱電偶，是國(guó)際新認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,其分度為N。他的正極鎳84%,14%~14.4%的鉻，1.3%~1.6%的硅，不超過(guò)0.1%的其他元素;負(fù)極含鎳95%，4.2%~4.6%的硅,0.5%~1.5%的鎂。
       N型熱電阻是一種比K型熱電阻更好的，能用到1200℃的廉價(jià)金屬熱電偶，其抗氧化性能強(qiáng)，不受短程有序化的影響。除非有保護(hù)管保護(hù),這種熱電偶也像K型熱電偶一樣,不能在高溫下用于硫,還原性火還原于氧化交替的氣氛中,高溫下不能用于真空中。
(2)應(yīng)用:我國(guó)火電廠主蒸汽溫度的測(cè)量大都采用K型熱電偶作為一次元件，目前存在著測(cè)溫精度不高的問(wèn)題。為了提高主蒸汽溫度測(cè)量的正確性,用N型熱電偶替換K型熱電偶是一個(gè)有效的技術(shù)措施。目前,N型熱電偶已在火電廠主蒸汽溫度測(cè)量中應(yīng)用。N型熱電偶具有熱電特性穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng)和非線性誤差小等優(yōu)點(diǎn),提高主蒸汽溫度測(cè)量的精度，滿足了火電機(jī)組運(yùn)行規(guī)程的要求。在用N型熱電偶測(cè)量主蒸汽溫度成功應(yīng)用的基礎(chǔ).上，也可以用N型熱電偶測(cè)量過(guò)熱器和汽缸等金屬壁的溫度。

4結(jié)語(yǔ)
       熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，正是由于它們的應(yīng)用使我們的生產(chǎn)變得更加地方便、快捷。尤其對(duì)于N型熱電偶來(lái)說(shuō),由于它的穩(wěn)定性好,精度高等原因，已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中逐漸代替K型熱電偶,所以N型熱電偶在工業(yè)生產(chǎn)特別是在火電廠的應(yīng)用中的發(fā)展前景好。