随着现代科学技术的进步和工业生产的迅速发展, 温度检测在一般热工生产流程中占有较大比重, 而且许多生产过程都要求在一定的温度范围内进行, 因此温度的测量是必不可少的, 在日常生活、工农业生产和科学研究的各个领域, 温度的测量与控制都占有十分重要的地位。如何正确选用热电偶测温系统已经成为目前研究的一个重要课题。

在工业应用中, 热电偶的选择首先应根据被测温度的上限, 正确地选择热电偶的热电极及保护套管;根据被测对象的结构及安装特点, 选择热电偶的规格及尺寸。选择热电偶时需考虑下列因素:被测温度范围、所需响应时间、连接点类型、热电偶以及护套材料的抗化学腐蚀能力、抗磨损或抗振动能力、结构形式、安装装置的类型、安装及限制要求等。

按照标准化程度, 热电偶分为标准热电偶和非标准热电偶, 国际电工委员会 (简称IEC) 对被公认性能较好的材料, 制定了统一的标准, 共有8种, 标准化热电偶我国从1988年1月1日起, 热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产, 并指定了分度号为S、B、E、K、R、J、T7种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶 (热电偶分度表是热电偶自由端在00C时的条件下, 根据热电动势与温度的函数关系而得到的;热电偶分度号是表示热电偶材料的标记符号, 不同材料制成的热电偶的分度具有不同的分度号, 用分度号来区别不同的热电偶) 。常用的普通热电偶主要有:①K分度 (镍铬—镍硅) 热电偶;②E分度 (镍铬—铜镍) 热电偶;③T分度 (铜—铜镍) 热电偶;④S分度 (铂铑10—铂) 热电偶;⑤J分度 (铁—铜镍) 热电偶;⑥B分度 (铂铑30—铂铑;⑥热电偶;⑦N分度 (镍铬硅—镍硅) 热电偶。

根据实践测试结果显示:K分度、E分度、S分度这3种热电偶在相同温度下, S分度热电偶热电势最小;E分度热电偶热电势最大;K分度热电偶的热电势与温度的线性关系最好;E分度热电偶的热电势与温度的线性关系最差;S分度热电偶的精确度最高。在选用不同的热电偶时, 应予参考。

热电偶的选用首先应根据被测温度范围的上限而正确选用, 要知道热电偶的测温范围是多少。因为热电偶的分度号很多, 不同的分度号对应不同的测温范围。例如:你的测温范围在600℃左右, 那么就选用E分度号的比较好, K分度的也可以用, 如果你选择B分度号的那肯定也可以用, 但其价格太高, 所以在选择的同时也要兼顾热电偶性价比因素, 价格适中, 经济适用。

在工业中, 目前最常用的热电偶有K分度、E分度及T分度热电偶, K分度热电偶的测温范围是-40℃~+1100℃;E分度热电偶的测温范围是-40℃~+800℃;T分度热电偶的测温范围是-40℃~+350℃。锅炉炉顶壁温热电偶, 采用直径为4mm的铠装热电偶作为感温元伴 (成电缆状) 。测量端紧贴在不同曲面的导热板上, 安装方式为三点焊或用M8螺母固定, 型号一般为WRNT—11 (测温范围为0℃~600℃) 或WRET—11 (测温范围为0℃~800℃) 。

响应时间以时间常数来表示, 时间常数定义为传感器在被控环境中, 在初始值和最终值之间改变63.2%所需的时间。

对一般情况来说, 热电偶热响应时间越小越好, 但由于热电偶制作工艺和热电偶保护套管的原因导致热响应时间迟缓, 该问题现在已成功解决, 仅需要你在订购热电偶时加以说明即可。

露端式热电偶具有最快的响应速度, 而且探针护套直径越小, 则响应速度就越快, 但其最大允许测量温度也就越低。

当用时间常数大的热电偶测温或控温时, 仪表显示的温度虽然波动很小, 但实际炉温的波动可能很大。为了准确的测量温度, 应当选择时间常数小的热电偶, 时间常数与传热系数成反比, 与热电偶热端的直径和材料的密度及比热成正比, 如要减小时间常数, 除增加传热系数以外, 最有效的办法是尽量减少热电偶热端的尺寸。

热电偶测量端连接点是处于被测温度上的热电偶连接点部分, 参考端连接点则是保持在一个已知温度上或温度变化能自动补偿的热电偶连接点部分。

热电偶延伸线是一对具有与其相连热电偶相同温度和相同电磁频率特征的专用导线, 而非普通导线 (最次为铜导线) , 当连接合适时, 延伸线将参考端连接点从热电偶转接至线的另一端, 而这一端通常位于被控环境中。

连接点类型为接壳式热电偶连接点与探针壁为物理连接 (焊接) , 这能实现很好的热传输———即从外部通过探针壁将热量传至热电偶连接点。建议用接壳式热电偶来测量静态或流动腐蚀性气体与液体的温度以及一些高压场合应用。在绝缘式热电偶中, 热电偶连接点与探针壁分开并由一种软性粉末包围。虽然绝缘式热电偶的响应速度比接壳式热电偶的响应速度要慢, 但它能提供电绝缘。建议使用绝缘式热电偶来测量腐蚀性环境, 可理想地通过护套屏蔽来将热电偶与周围环境完全电绝缘。露端式热电偶允许连接点顶端深入到周围环境中, 这种类型可提供最佳的响应时间, 但仅限于在非腐蚀、非危险及非加压应用中使用。

由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化, 存在测量滞后, 在进行快速测量时这种影响尤为突出, 所以应尽可能采用热电极较细而保护管直径较小的热电偶 (测温环境许可时, 甚至可将其保护管取去) 。使用中, 通常采用导热性能好的材料, 采用管壁薄内径小的保护套管。在较精密的温度测量中, 使用无保护套管的裸丝热电偶, 但是热电偶容易损坏, 应及时校正及更换。

对于热电偶及护套材料的抗化学腐蚀能力, 很多使用单位由于各种原因, 会把热电偶直接插入物料里测温 (这是正常的) , 如果物料的腐蚀性很强, 那么在这种情况下, 订购时就一定要加以说明。一般性的热电偶保护套管抗腐蚀性还是比较差的, 不能使用普通套管去测量腐蚀性强的介质, 那将会大大缩短热电偶的使用寿命。此时那就需要选购防腐热电偶。

有些使用单位的工况条件比较恶劣, 例如水泥生产工艺线上有些地方的温度不但比较高, 而且有流动性的物体冲刷热电偶, 在这种情况时就对热电偶的要求比较高, 这就要求热电偶及护套材料既要能耐磨又要有很好的抗震能力, 这时在选型时要加以说明, 这一点也是很重要的。

根据热电偶的结构不同, 一般可分为普通型 (装配型) 、铠装热偶和薄膜热电偶3种, 普通型热电偶的热电偶丝套有耐热绝缘套管 (如瓷珠) 并装在瓷或金属的保护管内;铠装热电偶则将热电偶丝、绝缘材料和金属管三者组合加工而成为坚实组合体;薄膜热电偶是由两种金属薄膜制成的一种特殊结构的热电偶。

普通型热电偶主要用于测量管道和设备内介质的温度, 根据测温范围和环境气氛不同, 选择的热电偶和保护管也不同。其安装时的连接形式有螺纹连接和法兰连接等。

铠装热电偶由于结构的特殊性, 具有以下优点:小型化, 体积小, 热容量小, 具有较小的热惯性, 对被测温度反应快, 时间常数小。铠装热电偶是一种很细的整体组合结构, 机械性能好, 结实牢固, 抗震动和抗冲击, 柔性大, 可以弯成各种形状, 它适用于结构复杂的对象 (如狭小且须弯曲场所) , 可直接测量各种生产过程中从0℃~1800℃范围内的液体、蒸汽和介质以及固体表面的温度。

薄膜热电偶的测量端既小又薄, 热容量很小, 可用于小面积上的温度及瞬变的表面温度的测量。

这一点在现场安装时是非常重要的。在选用热电偶时, 要知道使用的工作现场有没有现成的装置, 如果有一定要提供, 热电偶生产厂家会根据你的现场装置在热电偶上焊接相应的装置。例如你的测温点已经有一片DN40的法兰, 那么厂家就会在热电偶上焊接一片与之对应的DN40法兰, 使你购买回去后方便于安装;如果你的测温点没有安装装置, 但又需要时, 你可以要求生产热电偶的厂家为你配套提供。

有些使用单位测温点的条件比较苛刻, 有的是安装场所非常小, 有的是有爆炸性等等, 那么这种情况也要说明, 让厂家帮助你设计最好, 这样不但可以节省时间还可得到最好的服务。

在热电偶的选用上, 只要充分考虑了以上8点, 就基本上能满足大部分用户的选择需要。