工業(yè)熱電阻及其在化工生產(chǎn)中的正確使用

摘要:工業(yè)熱電阻在化工生產(chǎn)中普遍應用,，從安裝、使用角度闡述了如消除導線電阻,、熱傳遞滯后,溫度梯度,、熱輻射等因素造成的誤差,保證溫度測量及時、正確可靠,保障化工生產(chǎn)的順利進行,。
1.引言
      溫度是化工生產(chǎn)中既普遍又重要的操作參數(shù),，任何一種化工生產(chǎn)過程都伴隨營物質(zhì)的物理和化學性質(zhì)的改變。都必然有能量的轉(zhuǎn)化和交換,而熱交換是能量轉(zhuǎn)換中普遍的交換形式,。有些化學反應與溫度有著直接的關系,。所以溫度的測量與控制是保證化工生產(chǎn)實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),、安全,、優(yōu)質(zhì)、低消耗的關鍵之一,。因此溫度的測量在化工生產(chǎn)中有著非常重要的意義,。
      測溫儀表種類繁多,其中熱電阻溫度計以其測溫精度高,便于遠傳、多點集中測量和自動控制等優(yōu)點而在化工生產(chǎn)中應用普遍,。其測溫原理就是利用導體(或半導體)的電阻值隨著溫度變化這一特性來進行溫度測量的,。即把溫度的變化所引起導體電阻的變化，通過測量電路轉(zhuǎn)換成電壓信號,，然后送人顯示儀表以指示或記錄被測溫度的,。熱電阻溫度計適用測量-200℃~+500℃范圍內(nèi)液體、氣體,、蒸汽及固體表面的溫度,。目前常用的熱電阻是鉑熱電阻和銅熱電阻兩種。
      任何事物都是一分為二的,，熱電阻作為溫度自動控制系統(tǒng)中的檢測元件,，雖精度高、穩(wěn)定性好,、性能可靠,但其使用的工況是千差萬別的,，有許多使用在高溫,、高腐蝕、高強度等環(huán)境下,，如果安裝,、使用不當,必然存在導線電阻、熱傳遞滯后,、溫度梯度,、熱輻射等因素造成的誤差,從而不能保證現(xiàn)場溫度檢測的正確及時，致使溫度自動控制系統(tǒng)失控,嚴重影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進行,。為能及時,、正確、有效地進行溫度測量,正確安裝使用熱電阻是重要的-個環(huán)節(jié),。
2熱電阻測溫時應注意的問題
2.1熱電阻與其配套的二次儀表連接不當引起的誤差及消除方法
      在生產(chǎn)現(xiàn)場曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱電阻測溫回路中,，顯示儀表指示偏高,排除顯示儀表、熱電阻故障后,發(fā)現(xiàn)是因為熱電阻與測量橋路連接不當導致此誤差,。因熱電阻僅僅是把被測溫度的變化轉(zhuǎn)換成了電阻值的變化,，為了直觀地把被測溫度的數(shù)值顯示出來，就必須采用與它配套使用的二次儀表及連接導線組成完整的測溫系統(tǒng),，才能達到上述目的,。但二次儀表要求輸人的信號是毫伏信號,就需要設法將熱電阻隨溫度變化的電阻值轉(zhuǎn)換成毫伏信號送人二次儀表,以指示出被測對象的溫度。為達到此目的,，二次儀表一般都采用不平衡電橋測量線路,。如圖1所示連接,即熱電阻是在電橋的橋臂中，連接熱電阻的兩根導線都分布在橋路的一個橋臂上,即二線制接法,。由于熱電阻與二次儀表之間一般都有一段較長的距離,，因此兩根連接導線的電阻隨溫度的變化，將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一一個橋臂上,，使測量產(chǎn)生,，較大誤差。為了消除線電阻帶來的測量誤差,我們在生產(chǎn)中采用三線制接線,，從而抵消電阻產(chǎn)生的誤差,。如圖2所示連接:即從熱電阻引出三根導線，把兩根連接導線分別接人橋路的兩個相鄰的橋臂上,，而把第三根導線與穩(wěn)壓電源的負極相接即可,。這樣,由于環(huán)境溫度變化而引起的連接導線電阻的變化對溫度測量的影響即可相互抵消。為了減小因?qū)Ь€電阻不同而造成的誤差,，生產(chǎn)中使用的二次儀表連接端子處均有調(diào)整電阻，以便通過調(diào)整它們的阻值使每根連接導線獲得相等的阻值,一般均≤5歐姆,。


2.2電阻與保護管裝配不當引起的溫度滯后及消除方法
      生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),，當現(xiàn)場設備(管道)內(nèi)被測介質(zhì)溫度己發(fā)生變化,而控制室內(nèi)顯示儀表不能快速,、及時正確的反映出來，自動控制系統(tǒng)無法及時正確進行調(diào)節(jié),對生產(chǎn)造成不良后果,。查其原因,是因熱電阻與保護套管裝配不當導致測溫滯后引起,。為了使熱電阻免受腐蝕介質(zhì)的侵蝕、塵物,、粉物的磨損和外來機械損傷,延長使用壽命,應在熱電阻溫度計外面加裝保護管,。保護管的選用一般是根據(jù)測量范圍、插人深度,、環(huán)境氣氛以及測溫的時間常數(shù)等條件來決定,。熱電阻在現(xiàn)場安裝時分為熱電阻與保護管壁底部直接接觸(接觸式安裝)和熱電阻與保護管不直接接觸、之間存有一定空隙(非接觸式安裝)兩種情況,。在使用中發(fā)現(xiàn)兩種裝配方式,雖然最終溫度指示還能達到一致,但溫度滯后相差很大,。非接觸式安裝時隨著調(diào)節(jié)對象慣性的增大,溫度的時間滯后也隨之增大。如果時間滯后過大時,便可引起控制系統(tǒng)失調(diào),直接影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進行,。為了消除非接觸式安裝帶來的測溫滯后現(xiàn)象,，我們可在套管之間加裝傳熱良好的填充物。當被測介質(zhì)的溫度低于150℃時,可充人變壓器油,，當被測介質(zhì)溫度高于150℃時,，可填充銅屑或石英砂,以保證傳熱良好。
2.3溫點選擇不當造成的誤差及消除方法
      現(xiàn)場用熱電阻進行溫度測量時,，有時會發(fā)現(xiàn)溫度指示不穩(wěn)定,，在排除了測量橋路和二次儀表故障后，會發(fā)現(xiàn)是熱電阻選取測量點不當造成的,。由于熱電阻是通過與被測介質(zhì)進行熱交換而測溫的,因此,必須使熱電阻與被測介質(zhì)能進行充分的熱交換,，感溫元件放置的方式與位置應有利于熱交換的進行，當熱電阻順著介質(zhì)流向插人或把熱電阻插至被測介質(zhì)的死角區(qū)域時,，就不能實現(xiàn)正確測量,。如果要消除上述現(xiàn)象造成的誤差,就應在現(xiàn)場安裝熱電阻時，使它與被測介質(zhì)形成逆流,，即迎著介質(zhì)流向插人,至少須與被測介質(zhì)流向成90角,不得形成順流,。測量管道中流體的溫度時,熱電阻的工作端應處于管道中流速最大處,熱電阻保護管的末端應越過流束中心線，鉑電阻約為50-70mm,銅電阻約為25一30mm,。
2.4熱電阻插入深度不足造成的誤差及消除方法
      現(xiàn)場偶有發(fā)現(xiàn),冬天熱電阻測溫時,比正常溫度偏低,為何出現(xiàn)此現(xiàn)象?原來是熱電阻插人深度不足,，其外露部分置于空氣流通中,造成熱量損失而產(chǎn)生的測量誤差。如要消除此誤差,，首先必須使熱電阻有足夠的插人深度,。實踐證明,隨著熱電阻插人深度的增加,測溫誤差減小。因此,在安裝時應保證最大的插人深度,，盡可能使受熱部分增長,。根據(jù)生產(chǎn)實踐證明,無論多大的管道,溫度計的插人深度到300mm時已足夠,。其次,為減少熱電阻外露部分的熱損失，應對其外露部分進行適當保溫,可加裝保溫層,。
2.5熱輻射引起的測溫誤差及消除方法
      在生產(chǎn)中會發(fā)現(xiàn)當被測介質(zhì)的溫度很高并且與設備(管道)壁表面溫度相差很大時,，就會在溫度測量時產(chǎn)生誤差。通過分析可知是熱輻射引起的測量誤差,。要消除此誤差,就應盡量減小被測介質(zhì)與設備(管道)壁表面之間的溫度差,為此,，我們在安裝熱電阻的地方，如果器壁暴露于空氣中,則應在其表面包裹一層絕熱層(如石棉等),必要時,可在測溫元件與器壁之間加裝防輻射罩,，以消除熱電阻與器壁間的直接輻射作用,。
防輻射罩如下圖所示:

3結(jié)論
      綜上所述，熱電阻是工業(yè)生產(chǎn)中溫度測量的主要儀表,做到正確使用和安裝熱電阻,是保證溫度測量及時,、正確,、可靠的關鍵，是工業(yè)自動化生產(chǎn)順利進行的保障,。