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工厂中如何精确的测温?系统为您讲解热电偶工作原理,补偿导线知识

发布来源:天津德芃科技集团有限公司  发布日期: 2022-09-05  访问量:96

热电偶是工业现场广泛使用的温度传感器,热电偶、补偿导线和显示仪器,PLC系统或DCS该系统构成了热电偶温度测量系统。热电偶电路使用补偿导线后,热电偶电势值仅与测量端温度和补偿导线与仪器连接处温度有关。热电偶补偿导线的作用是延长热电极(即移动热电偶参考端),节省高成本热电偶材料。由热电偶测温系统组成。


一 热电偶的测温原理

热电偶的工作原理是由两种不同材料的均匀导体组成的闭合电路。当导体两端有温差时,导体两端会有电流通过,形成热电势。当电路连接到仪器时,仪器将热电势转换为相应的温度。如图1所示:


A,B 两个导体的一端通过焊接形成一个结点,即工作端,位于待测介质中。另一端连接温度测量仪器,供参考。为了更好地理解以下内容,我们将上述温度测量电路中形成的热电势表示为EAB(T1,T理解为:0),理解为:A、B由两个导体组成的热电偶工作端温度为T1.参考端温度为T0形成的热电动势为EAB(T1,T0)。

需要特别强调的是:热电偶测温,归根结底是测量热电偶两端的热电动势。测量仪表能够让我们看到温度数值,是因为它已经将热电动势转换成了温度。

二 热电偶补偿导线的原理

在实际应用中,测量或控制仪器总是离热电偶有一定的距离。如图2所示。此时需要热电偶(图中A、B)然后连接一段导线,将热电偶的信号连接到温度计或温度模块。C、D即为连接热电偶和测温仪表的导线。


工作端温度在图中T1, A、B与C、D接头温度为T2, 测量仪表端(参考端)的温度为T0.

只要连接点在中间产生相同的热电偶,总电势与连接点的温度(中间温度)无关,只与工作端有关T1和参考端T0的温度是相关的。在热电偶布线中,我们不需要考虑中间是否有连接点接点的温度,而是与热电偶连接到介质和测量仪器。我们测量的温度=T1 T0;

为什么需要使用补偿导线?

使用热电偶测温时,热电偶的参考端温度必须保持恒定。由于热电偶一般较短,特别是贵金属材料制成的热电偶较短。这样,热电偶参比端非常接近被测对象,使参考端温度高,波动大。因此,应使用较长的热电偶将参考端延伸到温度相对稳定的地方。这种方法对便宜的热电偶更可行,对贵金属非常不经济,不方便敷设热电偶线。考虑到热电偶参考端的温度通常是100℃下面,在这个温度范围内,补偿线与热电偶具有相同的温度-热电势关系,可以延长热电偶,价格便宜,适合敷设。因此,使用热电偶时应连接补偿导线。

三 补偿导线注意事项:

1. 补偿导线的选择补偿导线一定要根据所使用的热电偶种类和所使用的场合进行正确选择。例如,k型偶应根据使用场合选择k型偶的补偿导线和工作温度范围。通常kx工作温度-20~100℃,宽度为-25~200℃。一般级误差为±2.5℃,精密级为±1.5℃。2. 尽可能接近热电偶接线端的两个接点,尽量保持两个接点的温度一致。与仪表接线端连接处的温度尽可能一致。仪表柜有风扇时,应保护风扇直接吹到接线处。3. 由于热电偶的信号很低,使用长度为微伏级。如果使用距离过长,环境中信号的衰减和强电的干扰,足以扭曲热电偶的信号,导致温度测量和控制不准确,严重控制时会产生温度波动。根据我们的经验,较好将热电偶补偿线的长度控制在15米以内。如果超过15米,建议使用温度变送器传输信号。温度变送器是将温度对应的电势值转换成直流电流传送,抗干扰强。4. 布线补偿导线布线必须远离动力线和干扰源。在不可避免的地方,尽量采用交叉的方式,不要平行。5. 为提高热电偶连接线的抗干扰性,可采用屏蔽补偿线。对现场干扰源较多的场合,效果较好。但必须严格接地屏蔽层,否则屏蔽层不仅不起屏蔽作用,而且增强干扰。

四 热电偶补偿导线是在一定温度范围内与所匹配的热电偶有相同热电势标称值的导线。那么不同的热电偶自然有不同的补偿导线,我们看一下如果使用不当会出现什么问题!

1.用普通电线做热电偶信号线,不用补偿导线

一家热处理企业的热电偶信号直接通过两芯铜电缆连接到控制室显示仪器。经云南现场检查,淬火温度测量不准确,热电偶温度测量系统未按要求使用补偿导线。

根据热电偶温度测量原理,热电偶电路的热电势与测量温度和热电偶参考端温度有关。安装在使用现场的热电偶参考端温度(指热电偶接线盒的温度)随环境温度的变化而变化,不能恒定。在热电偶参考端温度波动的情况下,利用补偿线将参考端延长到温度稳定或远离热源的环境,以补偿热电偶参考端温度变化引起的误差。

普通电线可以传输热电偶测温产生的mV但不能补偿将热电偶参考端温度延长到仪表控制室,导致热电偶测温系统温度补偿不准确。

正确方法:热电偶信号传输必须使用热电偶补偿导线,禁止用电缆代替补偿导线。

2.混合不同分度号的热电偶和热电偶补偿导线,引入测量误差

单位使用S型热电偶测量炉温,工作人员知道热电偶必须使用补偿线,然后使用库存K型热电偶补偿线将铂铑10-铂热电偶信号连接到显示仪器(如图2所示),发现实际炉温度和测量值偏差较大,云南更换补偿线Sc后测温恢复正常。

根据国家质量技术监督局的规定,热电偶补偿导线的热电势和允许误差应符合要求JJG 351-1996工作用廉金属热电偶验证程序及相关标准,不同程度对应的热电偶补偿线在同一环境温度下产生不同的热电势,将不同程度的热电偶和热电偶补偿线混合,必然引入热电偶参考端温度补偿误差。

正确的方法:各种热电偶补偿导线必须与相应的热电偶配合。

3.热电偶补偿导线绝缘层损坏

在热电偶接线和安装过程中,热电偶接线盒出口和补偿导线其他部位的绝缘层偶尔磨损。故障表现为显示仪器或DCS系统温度显示值一般较小。

正确方法:寻找补偿导线绝缘层损伤点,重新绝缘,恢复仪器正常显示值。

4.热电偶补偿导线正负极性反转,引入测量误差

某化工厂更换现场热电偶后,温度测量值与实际温度偏差较大,有时高有时低。经仔细检查,发现热电偶与补偿导线极性正负相反,补偿导线接线调整后故障消除。

热电偶和热电偶补偿导线可分为正极和负极当补偿导线极性反接时,仪表显示值变化很大:

①当热电偶与补偿导线连接处温度高于控制室温度时,仪表显示温度低于实际测量温度。

②当热电偶与补偿导线连接处温度低于控制室温度时,仪表显示温度高于实际测量温度。

③补偿线极性反接后,当热电偶与补偿线连接处的温度与控制室温度相同时,仪表显示温度与实际温度相同。

经理论证明,使用热电偶补偿导线时,极性反向导致的误差约为无补偿导线时的两倍。

不同型号热电偶补偿导线正极绝缘层颜色均为红色层,负极颜色不同,可根据绝缘层颜 补偿导线型号。

正确方法:正确区分热电偶和热电偶补偿导线的正负极,极性不能反接。


5.热电偶补偿导线与接线端子接触不良

热电偶补偿导线比较硬,导线和端子在接线或使用过程中容易接触不良。这种故障反映在仪器或DCS系统无显示值或显示值过量范围。

处理方法:拧紧接线端子,消除不良接触故障,正常测量显示回复仪器。

6.热电偶与补偿导线连接点的温度超过规定的使用范围

普通热电偶补偿导线的使用温度为0-100℃;耐高温补偿导线的使用温度为0-200℃。例如,R型热电偶补偿导线Rc和S型热电偶补偿导线Sc均为补偿导线,各类补偿导线精度较低,0-60℃环境中使用误差较小,在0-150℃负误差较大。

正确方法:一般补偿型热电偶补偿导线的环境温度不超过100℃,高温热电偶补偿导线可达2000℃

7.热电偶补偿导线中间有接头,接头接触不良

在热电偶补偿导线的生产过程中,单位长度内接头的数量受国家相关质量标准的家数量标准的限制,制造商将进行相应的处理。补偿导线长度不足需要接线。常见施工人员将补偿导线接头拧在一起进行绝缘处理后投入使用。使用一段时间后,测量不准确,误差增加。

正确方法:如需延长补偿导线长度,应连接相同型号的补偿导线,连接牢固可靠,焊接,绝缘后投入使用。

8.补偿导线与电力电缆平行敷设,信号 扰

某企业在施工过程中将热电偶补偿导线与电气动力平行敷设在同一电缆桥架中,系统投入使用后出现DCS系统显示热电偶温度突然高低,经反复检查确认热电偶测量信号受到动力线路干扰,导致温度测量误差超过100度。

正确方法:施工过程中,热电偶补偿导线与电力电缆同向敷设,电力桥与仪表信号桥分别敷设,采用屏蔽补偿导线。如果补偿导线和电力电缆不可避免地在同一桥架上,则应在桥架内设置屏蔽隔板或交叉敷设,以较大限度地减少热电偶信号 扰机率。

9.由于信号衰减和干扰引起的测量误差,长距离使用热电偶补偿导线

热电偶测温时产生的电势值为mV由于补偿导线的长度增加,信号衰减和现场磁电干扰耦合DCS系统温度显示值波动。

处理方法:

①补偿线需要长距离敷设,补偿线直径不得低于Φ1.5mm2,减少mV信号衰减。

②选择屏蔽补偿导线,按规范接地屏蔽层(必须使屏蔽层在补偿导线一端接地,并将其纳入仪表信号接地网,禁止将接地纳入工厂电气接地网),避免因屏蔽层接地不正确而造成测量误差。

③使用温度变送器将地热电偶信号转换为4-20mA信号传输,提高信号抗干扰能力。

10.热电偶选择热电偶温度变送器后,无需补偿导线?

热电偶温度变送器通常安装在热电偶接线盒和控制柜中,这是两种不同结构的温度变送器:

①温度变送器安装在热电偶接线盒中,形成一个集成的热电偶温度变送器。热电偶线直接连接到温度变送器的输入端,输出为4-20mA信号、变送器和显示仪器DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接,无热电偶补偿导线。

②如果温度变送器安装在控制柜内,则必须使用补偿导线连接热电偶和温度变送器DCS系统直接用双绞线或两芯屏蔽电缆连接,无热电偶补偿导线。

正确的方法必须根据实际应用确定热电偶温度变送是否使用补偿导线。

正确使用热电偶补偿导线,相关从业人员需要了解热电偶的工作原理和补偿导线的工作原理,有强烈的责任感和认真实际的工作态度,避免上述错误,确保热电偶的准确性。

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