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量儀表是工業生產中最常用的溫度檢測儀表之一。它直接測量溫度，并把溫度信號轉 熱電偶換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。

　　二、熱電偶工作原理：
　　
　　熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的均質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在Seebeck電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極，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恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表；分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，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，只要該材料兩個接點的溫度相同,熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此,在熱電偶測溫時，可接入測量儀表,測得熱電動勢后,即可知道被測介質的溫度。
　　
　　三、熱電偶優點：
　　
　　熱電偶是工業中常用的溫度測溫元件，具有如下特點：
　　
　　①測量精度高：熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響。
　　
　　②熱響應時間快：熱電偶對溫度變化反應靈敏。
　　
　　③測量范圍大：熱電偶從-40~+1600℃均可連續測溫。
　　
　　④性能可靠，機械強度好。
　　
　　⑤使用壽命長，安裝方便。
　　
　　四、熱電偶的種類及結構：
　　
　　(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)熱電偶的結構形式：
　　
　　熱電偶的基本結構是熱電極，絕緣材料和保護管；并與顯示儀表、記錄儀表或計算機等配套使用。在現場使用中根據環境，被測介質等多種因素研制成適合各種環境的熱電偶。熱電偶簡單分為裝配式熱電偶，鎧裝式熱電偶和特殊形式熱電偶；按使用環境細分有耐高溫熱電偶，耐磨熱電偶，耐腐熱電偶，耐高壓熱電偶，隔爆熱電偶，鋁液測溫用熱電偶，循環硫化床用熱電偶，水泥回轉窯爐用熱電偶，陽極焙燒爐用熱電偶，高溫熱風爐用熱電偶，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，是最早出現的一種熱電探測器件。其工作原理是溫差電效應。例如，由兩種不同的導體材料構成的接點，在接點處可產生電動勢。這個電動勢的大小和方向與該接點處兩種不同的導體材料的性質和兩接點處的溫差有關。如果把這兩種不同的導體材料接成回路，當兩個接頭處溫度不同時，回路中即產生電流。這種現象稱為溫差電效應或塞貝克效應。構成溫差電偶的材料，既可以是金屬，也可以是半導體。在結構上既可以是線、條狀的實體，也可以是利用真空沉積技術或光刻技術制成的薄膜。實體型的溫差電偶多用于測溫，薄膜型的溫差電堆(由許多個溫差電偶串聯而成)多用于測量輻射，例如，用來標定各類光源，測量各種輻射量，作為紅外分光光度計或紅外光譜儀的輻射接收元件等。

　　五、熱電偶應用
　　
　　1 熱電偶的冷端溫度補償

在生產實際中，由于熱電偶的工作端(測量端)與冷端(參比端)離得很近，而且冷端又暴露在工作環境之中，因而容易受到周圍工作環境溫度波動的影響，所以冷端溫度難以保持恒定，造成測量不準。實際應用是用專用補償導線，將熱電偶的冷端延伸至溫度較低和比較穩定的地方。

　　在使用補償導線時，要注意兩個問題。其一，補償導線的型號要與熱電偶的型號相配。其二，熱電偶與補償導線連接端所處的溫度不超過100℃，否則補償導線所產生的金屬導體的溫差電勢不能忽略。

　　2 熱電偶的安裝

　 1、熱電偶的安裝應盡可能保持垂直，以防止保護套管在高溫下產生變形，但在有流速的情況下，則必須迎著被測介質的流向插入，以保證測溫元件與流體的充分接觸。

　 2、熱電偶應安裝在有保護層的管道內，以防止熱量散失。

　3、熱電偶安裝在負壓管道中時，必須保證測量處的密封性，以防止外界冷空氣進入，使讀數偏低。

　 4、熱電偶的接線盒面蓋應向上，入線口應向下，以避免雨水或灰塵進入接線盒，影響測量精度。

　　六、水泥企業常用熱電偶的選擇

　　對于不同的測量系統或不同的工藝要求，我們可以根據其系統或工藝的測量范圍、測量狀態和介質情況選用不同類型的熱電偶，工業熱工(如新型干法生產線的窯)常用的熱電偶見表1。

　 1、WRR熱電偶

　 其熱電特性在高溫下最為穩定，適宜于在氧化性和中性介質中使用，但其產生的熱電勢小，因而靈敏度低，響應速度慢，而且價格昂貴。由于WRR在低溫時熱電勢極小，因此當熱電偶冷端溫度在40℃以下時，一般不需要進行冷端溫度補償。

　 2、WRP熱電偶

　適宜于在氧化性或中性介質中使用，耐高溫，不易氧化和腐蝕，有較好的化學穩定性和較高的測量精度，可用于精密溫度測量和作基準熱電偶(校準用熱電偶)。

　3、WRN熱電偶

　 適宜于在氧化性和中性介質中使用。500℃以下低溫范圍內，也可在還原性介質中進行測量。其突出優點是熱電勢大，靈敏度高，響應速度快，線性度好，測溫范圍較寬，造價低，因而在工礦企業應用廣泛。

　 4、WRE熱電偶

　 適宜在還原性或中性介質中使用，其熱電勢比較大，靈敏度高，線性度非常好，價格便宜，缺點是測溫上限不高。

　　　在進行熱電偶的選型時，除要注意上述熱電偶的使用環境、測量范圍、測量精度、靈敏度和響應速度之外，還要注意熱電偶保護套管的結構、材料、耐壓強度及保護套管的插入深度等。對于精度要求較高，響應速度和靈敏度要求較高的工藝測量點，必須選用較貴重的S型熱電偶；對于溫度較高，響應速度和靈敏度要求不很高的工藝測量點，選用B型熱電偶：一般的工藝參數測量，我們選用經濟實用的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量，我們多選用S型或K型熱電偶。因為這兩處為動態溫度場，其溫度隨噴煤量的變化而變化，要準確、快速地檢測此兩處的溫度，則熱電偶必須有較高的靈敏度和熱響應速度。我公司窯頭和三次風管(入窯尾煙室處)的溫度測量多選用B型熱電偶；而一、二、三級預熱器出口處的溫度測量多選用K型熱電偶；旋風分離器出口、烘干破碎機出口、窯尾電除塵器出入口的溫度測量多選用E型熱電偶。