浅析热电偶测温系统中常见故障处理方法李姣娜

浅析热电偶测温系统中常见故障处理方法李姣娜

李姣娜

(中国电建集团核电工程公司山东济南250101)

摘要：温度控制仪表是否准确可靠、稳定地工作，仪表反映的是否是热处理炉内的真实温度，必须依靠现场校温来随时监控和保证。如果热电偶感应的热处理炉内温度与实际温度相差太大，很容易引起热处理产品的批量品质事故的发生，要把这种品质事故消灭在萌芽状态，定期对热处理炉进行现场校温是非常有效的保证措施。

关键词：热电偶；故障；处理方法

前言：

热电偶作为测量温度常用的一次元件，因为其测量范围宽，原理简单、安装方便等，在电力生产行业及其他工业领域有着较为广泛的应用。在整个生产流程控制过程中，对温度的监视、调整与控制方面所起的作用功不可没。

1热电偶的测温原理

热电偶测温的基本原理是根据热电效应原理。把任意两种不同的金属导体（或半导体）连接成闭合回路，如果两接点的温度不相等，在测量回路中就会产生热电动势，形成一定电流，这就是热电效应。热电偶就是用两种不同的金属材料一端焊接而成的。焊接的一端叫作测量端（热端），未焊接的一端叫作参考端（冷端）。如果参考端温度恒定不变，则热电势的大小和方向只与两种材料的特性和测量端的温度有关，且热电势与被测温度之间有固定的函数关系，利用这个对应关系，只要测量出热电势的大小，就可达到测量相应温度的目的。热电偶产生热电势的两个条件是：（1）必须有两种性质不同且符合一定热电特性要求的导体或半导体组成；（2）热电偶测量端和参比端之间必须有相应的温度差。

2仪表故障分析流程

热电偶测温系统，如果发生故障，分析流程如下：

（1）先外部后内部。故障究竟是发生在二次仪表的内部还是外部，一般的检查方法是先外部后内部，即先排除仪表接线端子以外的故障，然后再处理仪表内部故障。另外还可以从二次表背部端子处加信号检查或用备用机芯换上试一试。可根据生产现场条件用多种方法迅速区分内部还是外部毛病。

（2）先机械后线路。在生产中发现，一台仪表机械部分故障的可能性比线路（电、气信号传递放大回路）部分多得多，且机械性故障比较直观，也容易发现。所以在确定是仪表内部故障需检查元件时，应先检查机械部分，后查线路部分。机械部分重点查有无断线、松动、接触不良等；线路部分重点查放大器。

（3）先整体后局部。在排除机械故障的可能性后，就要检查整个电、气放大传递放大回路。因线路部分由输入、比较、变换、放大、输出、驱动等多级组成。所以首先要综观整台表的现象，大致估计问题出在哪一部分。如无法估计，则可采用分段检查法，如怀疑某一段不正常，可从大段到小段步步压缩，迅速而准确地判断故障出在哪个环节。故障范围限定在很小的局部，处理起来就十分方便。

3热电偶测温系统故障现象

热电偶与显示仪表配套构成测温系统来实现温度测量，因此，测温系统出现故障往往通过显示仪表反映出来。如果出现故障现象，需要首先判断故障是产生在热电偶回路方面还是显示仪表方面。补偿导线发生故障的可能性很小，除非人为破坏，在此不做考虑。

将显示仪表与补偿导线连接处拆开，用万用表测量热电偶回路电阻，观察线路电阻是否正常。若电阻明显不正常，则应检查热电偶及连接导线。若电阻基本正常，然后用便携式电位差计测量输出电势。若电势输出正常，则故障在显示仪表方面；若输出电势不正常，则故障在热电偶方面。

4影响热电偶测量的主要因素

4.1影响热电偶测量准确度的因素

热电偶作为测温效果较好的元件，与显示仪表配合即可测量气体、液体、固体的温度，所以热电偶是使用最广泛的测温元件之一。但是其输出的热电势与温度之间的关系特性为非线性特性，且其非线性程度比较严重，又根据热电偶的工作原理可知，热电偶产生的热电势与热电偶两端的温差有关，而热电偶的温度——热电势分度表是以参考温度为0℃时给出的，所以在实际测量使用中，热电偶的线性化如何处理和冷端温度的补偿准确性，是影响热电偶测量准确度的两大主要因素。

4.2影响热电偶稳定性的主要因素

（1）热电极在使用中氧化，特别是某些元素在使用中选择性的氧化和挥发；

（2）热电极受外力作用引起形变所产生的形变应力；

（3）热电极在高温下晶粒长大；

（4）热电极的沾污和腐蚀。

5解决热电偶稳定、准确测量的方法

5.1热电偶在安装时，对安装位置的要求

（1）热电偶安装的位置应尽可能保持与地面垂直，以防止保护套管在高温工况下发生变形。

（2）在被测介质有一定流速的情况下，应使其尽量处于管道中心线上，并使其与被测流体方向相对。

（3）如有弯头的应应尽量安装在管头的弯曲处。

（4）如必须水平安装时，应采用装有耐火粘土或耐热金属制成的支架加以支撑。

5.2为保证热电偶电极的稳定性，用来制作热电偶的材料应具备下列基本条件

（1）用来作热电偶的材料在感温后，应有相对较高的热电势和热电势率，并且此热电势与温度之间成线性关系或近似线性的单值函数关系。

（2）热电偶能在较宽的温度范围内和各种条件下应用。

（3）用来制作热电偶的材料其导电率要高，电阻温度系数及热容量要小。

（4）热电性能稳定，不受环境和其他条件的限制，便于进行加工和复制。

（5）用来制作热电偶的材料要成分均匀，有刚性，价格便宜，便于广泛应用。

5.3制作好的热电偶和使用中的热电偶在对其进行定期校验的同时，还要对其外观进行检查，其外观要求有：①新制热电偶的电极应平直、无裂痕、直径应均匀；使用中的热电偶的电极不应有严重的腐蚀和明显缩径等缺陷；②热电偶测量端的焊接要牢固、呈球状，表面应光滑、无气孔、无夹渣。

结语

日常的测量参数中，温度是最经常要求准确测量的一个参数，不论用何种温度测量仪器来测量温度，都要求测量准确、经济、测量数值稳定，不易受外界各种不利因素的影响，在热电偶温度计的设计和使用中，使其测量精度达到最高，一直是人们所追求的目标。

参考文献：

[1]余国华.化工测量仪表技术原理[M].化学工业出版社，2009.

[2]左国庆，明赐东.自动化仪表故障处理实例[M].化学工业出版社，2003.

[3]王永红.过程检测仪表[M].化学工业出版社，1999.