熱電偶在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)的應用淺談

摘要:金屬熱處理簡單地說就是對金屬進行加熱處理，不同的金屬處理需要控制在不同的溫度中，所以在金屬熱處理過程中溫度控制是極其重要的。溫度控制系統(tǒng)把熱電偶作為溫度測量的檢測軟件，主要是通過溫度和電信號之間的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)溫度控制的，下面我們簡單介紹溫度控制系統(tǒng)，然后在介紹熱電偶在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)中的應用。
1加熱爐溫度的測量
1.1溫度傳感器
　　如今電的應用在金屬熱處理溫度控制系統(tǒng)中起到很重要的作用，過程中要用到溫度傳感器，其作用主要是進行非電量溫度和電信號之間的轉(zhuǎn)換，因為對溫度檢測的方式不同，所以就產(chǎn)生了兩類傳感器即接觸式和非接觸式。在接觸式溫度傳感器當中比較常用的是熱電偶溫度傳感器，因為它不僅能夠更加正確的對溫度進行控制，還有著非常簡單的構成，對于工業(yè)金屬溫度控制來說比較有優(yōu)勢。這里我們介紹的是鎳鉻-鎳鋁熱電偶，因為它在中高溫下，精度最高，并且其適合的溫度范圍比較大，而溫度控制系統(tǒng)的控制范圍包含在傳感器范圍之中，所以如果系統(tǒng)有故障的話，溫度在一-定時間內(nèi)超過范圍的話，也不會影響正常運行，這就會對系統(tǒng)起到保護作用，所以我們一般將其作為溫度傳感器。
1.2熱電偶冷端溫度補償
　　在物理學中我們也接觸過由于溫度差就會產(chǎn)生電勢，在該系統(tǒng)中主要用到的是冷端溫度補償電路，除此之外，還可以通過軟件的方法來進行補償，能達到異曲同工的效果。這里我們只對熱電偶冷端溫度補償進行介紹，它的核心部件是集成溫度傳感器，由于它體小命長、檢測精度比較高并且如果是較遠的距離也能很好的進行檢測等許多優(yōu)點，所以是很受大眾歡迎的，最重要的是能夠產(chǎn)生補償電壓，該元件安裝在冷端附近，由于它的輸出電流會因冷端溫度的變化而變化，然后根據(jù)一定的公式就能得出某一-時刻的冷端溫度，然后再對此進行處理，溫度的補償電勢就能夠得到了。該方法的優(yōu)點主要在于有著簡單的結構，并且有高補償精度，相比于其他常規(guī)的方法更具優(yōu)勢。
1.3溫度檢測和放大電路
　　溫度檢測工作原理就是組成熱電偶的兩種不同金屬，當這兩種金屬接觸處溫度上有差時，會產(chǎn)生熱電勢，然后熱電勢就會從熱電偶傳輸出去，但是產(chǎn)生的信號非常小，這就需要我們對其進行放大，這里就要用到放大電路。經(jīng)過對電路的實際分析以及效益噪聲和阻抗等方面的綜合考慮，我們最終采用的是測量放大電路，不僅因為它與各種信號源的匹配性比較好，并且更加穩(wěn)定。
2影響測量精度的主要因素
2.1插入深度的影響
　　熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。金保護管熱電偶的導熱性好，其插入深度應該深一-些(約為直徑的1520倍);陶瓷材料的絕熱性能好，可以插入淺一些(約為直徑的1015倍)。
2.2響應時間的影響
　　在測溫時需要保持一定的時間，才能使測溫元件與被測對象達到熱平衡。對于氣體介質(zhì)應保持30min以上才能達到平衡，對于液體而言也要在5min以上。為了提高熱電偶檢定效率，很多單位使用熱電偶自動檢定裝置，但是自動檢定裝置也不十分完善，如果忽視了響應時間，就容易對測量結果產(chǎn)生影響。.
2.3熱輻射的影響
　　插入爐內(nèi)的熱電偶與爐壁的溫差較大時，因能量交換而產(chǎn)生測量誤差。為了減小熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度盡可能的接近熱電偶的溫度。還應注意的是，熱電偶在安裝時應盡可能避開從固體發(fā)出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面;另外熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套。
2.4熱阻抗增加的影響
　　在高溫下使用熱電偶時，如果被測介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護管表面沉積的灰塵等如果被燒熔在表面上，會使保護管的熱阻抗增大:如果被測介質(zhì)是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間,還會使指示溫度降低，因此除了定期檢定外，還要經(jīng)常進行抽檢。
3熱電偶的使用注意事項
(1)為減小測量誤差,熱電偶應與被測對象充分接觸，使兩者處于相同溫度:
(2)熱電偶的保護管應有足夠的機械強度，并有耐腐蝕性，保護管的外徑越粗，耐熱、耐腐蝕性越好，但熱惰性也越大;
(3)熱電偶的保護管應保持清潔，否則當其表面附著灰塵時，會因熱阻增加，使指示溫度低于真實溫度而產(chǎn)生誤差;
(4)熱電偶不應在其最高使用溫度下長期工作，否則熱電偶材料會發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差;
(5)當測量線路絕緣電阻下降而出現(xiàn)誤差時，可以通過電容濾波器減少漏電流，或者采用電抗、電容平衡濾波;
(6)測量線路外接電阻的變化對動圈儀表的影響也較大，但可以通過儀表示值急驟變化及時發(fā)現(xiàn)這種影響;
(7)電磁感應也會引起電子儀表示值的偏離與波動，應盡量避開有電磁感應的場所，否則可以采用屏蔽措施或采用鎧裝線，并使之完全接地:
(8)熱電偶參考端原則上應保持在0'C，然而，在現(xiàn)場條件下難以實現(xiàn)，通常采用補償式或室溫式參考端，這樣參考端的溫度將直接影響儀表的示值。對于帶有補償式參考端的儀表，必須在能完全補償?shù)沫h(huán)境下使用。
4結語
　　介紹了熱電偶的冷端補償措施，然后介紹了補償措施中比較常用溫度檢測電路和放大電路，簡單對它們的技術進行了概括，通過這些元件以及有效的措施，.能夠很好地測量溫度，最終達到控制金屬熱處理溫度的效果。盡管這些方法很有效，但也有不足之處，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我們要對其不斷進行改進，不斷研究新技術。