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K型熱電偶的測量與誤差解決

2022-09-14 10:38:09| 來源:聚英電子| | 0

  熱電偶線,是用于連接熱電偶的冷端到控制室顯示儀表的,進行冷端的溫度補償。并且由于熱電偶的種類多,不同型號的熱電偶要配備相應的熱電偶線。

  作為一種溫度傳感器,K型熱電偶通常和顯示儀表,記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質以及固體的表面溫度。

  K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

  鎳鉻-偶(K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2~4.0mm。

  正極(KP)的名義化學成分為:Ni:Cr=92:12,負極(KN)的名義化學成分為:Ni:Si=99:3,其使用溫度為-200~1300℃。

  K型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜等優(yōu)點,能用在氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。

  K型熱電偶不能直接在高溫下用在硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用在弱氧化氣氛。

  

K型熱電偶分度表


  

  特點優(yōu)勢

  檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表,其優(yōu)點是:

  ①K型熱電偶測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。

 ?、贙型熱電偶測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。

  ③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

  2根據(jù)溫度測量范圍及精度,選用相應分度號的熱電偶

  使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時,一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負溫測量一般用T型電偶,在低溫時T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

  

K型熱電偶溫度探頭


  

  組成結構

  K型熱電偶測溫必須由熱電偶、連接導線及顯示儀表三部分組成。如果將熱電偶的熱端加熱,使得冷、熱兩端的溫度不同,則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢,這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應)。

  在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢:它是兩種電子密度不同的導體相互接觸時產(chǎn)生的一種熱電勢。當兩種不同的導體A和B相接觸時,假設導體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb,則在兩導體的接觸面上,電子在兩個方向的擴散率就不相同,由導體A擴散到導體B的電子數(shù)比從B擴散到A的電子數(shù)要多。導體A失去電子而顯正電,導體B獲得電子而顯負電。因此,在A、B兩導體的接觸面上便形成一個由A到B的靜電場,這個電場將阻礙擴散運動地繼續(xù)進行,同時加速電子向相反方向運動,使從B到A的電子數(shù)增多,最后達到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時A、B之間也形成一電位差,這個電位差稱為接觸電勢。

  此電勢只與兩種導體的性質相接觸點的溫度有關,當兩種導體的材料一定,接觸電勢僅與其接點溫度有關。溫度越高,導體中的電子就越活躍,由A導體擴散到B導體的電子就越多,接觸面處所產(chǎn)生的電動勢就越大,即接觸電勢越大。

  

TC16,K型熱電偶


  

  測量應用

  K型熱電偶的熱響應時間實際上是比較復雜的,不同的試驗條件會產(chǎn)生不同的測量結果,這是由于受周圍介質的換熱率影響,換熱率高,則熱響應時間就短。

  為了使熱電偶的熱響應時間具有可比性,國家標準規(guī)定:熱響應時間應在專用水流試驗裝置上進行。該裝置的水流速度應保持0.4±0.05m/s,初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi),溫度階 躍值為40-50℃。在實驗過程中,水的溫度變化應不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設計的置入深度。

  由于K型熱電偶在室溫附近熱電勢很小,熱響應時間不容易測出,因此國家標準規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件,然后進行試驗。

  試驗時應記錄熱電偶的輸出變化至相當于溫度階躍變化50%的時間T0.5,必要時可記錄變化10%的熱響應時間T0.1和變化90%的熱響應時間T0.9。所記錄的熱響應時間,應是同一試驗 至少三次測試結果的平均值,每次測量結果對于平均值的偏離應在±10%以內(nèi)。此外,形成溫度階躍變化所需的時間不應超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 響應時間不應超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。

  

K型熱電偶冷端溫度補償實驗圖


  

  誤差解決方法

  由于K型熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化,在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時,甚至可將保護管取去。

  由于存在測量滯后,用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大,熱電偶波動的振幅就越小,與實際爐溫的差別也就越大。

  當用時間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時,儀表顯示的溫度雖然波動很小,但實際爐溫的波動可能很大。為了準確地測量溫度,應當選擇時間常數(shù)小的熱電偶。時間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比,與K型熱電偶端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時間常數(shù),除增加傳熱系數(shù)以外,最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導熱性能好的材料,管壁薄、內(nèi)徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中,使用無保護套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應及時校正及更換。


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