摘 要 介紹熱電偶溫度計(jì)的測溫原理。對(duì)硫磺裝置 E 型熱電偶溫度計(jì)的故障原因進(jìn)行分析與處理。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中,溫度是過程檢測中#常見和#重要的工藝變量之一,對(duì)生產(chǎn)安全和質(zhì)量有著舉足輕重的影響,因此要求溫度測量元件需具備較高的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。熱電偶溫度計(jì)因具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和精que度高的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于中高溫溫區(qū)的溫度測量 [2] 。在硫磺裝置控制系統(tǒng)中,根據(jù)工藝要求,采用7 支 E 型熱電偶溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)同時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行測量,測量范圍均為 0 ~1 000℃。生產(chǎn)過程中,DCS 控制室的溫度指示應(yīng)該與現(xiàn)場的一次儀表指示一致。然而,在實(shí)際測量過程中發(fā)現(xiàn),DCS 指示與現(xiàn)場雙金屬溫度計(jì)示數(shù)之間總有 6 ~8℃的偏差,而且該偏差隨室外溫度變化而變化。為此,筆者對(duì)硫磺裝置 E 型熱電偶溫度計(jì)的故障原因進(jìn)行了分析,并針對(duì)故障進(jìn)行了相應(yīng)處理。
1 熱電偶溫度計(jì)的測溫原理
1.1 測溫原理
熱電偶由兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 焊接或絞接而成。使用時(shí),將熱電偶的工作端插入需要測量溫度的生產(chǎn)設(shè)備中,冷端置于生產(chǎn)設(shè)備外,當(dāng)兩端所處溫度不同時(shí),在熱電偶回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),這種物理現(xiàn)象即為熱電效應(yīng) [1] 。熱電偶回路的熱電勢(shì) E AB (t,t 0 )只與熱電極材料和測量端、冷端溫度有關(guān),即 E AB (t,t 0 ) =E AB (t) - E AB (t 0 )。當(dāng)冷端溫度 t 0 不變、兩種熱電極材料一定時(shí),E AB (t 0 ) = C 為一常數(shù),即:
因此,只要測出熱電勢(shì)的大小,就能判斷被測介質(zhì)溫度 t 的高低。
1.2 補(bǔ)償導(dǎo)線延伸冷端
由熱電偶的測溫原理可知,只有在熱電偶的冷端溫度不變時(shí),熱電勢(shì)才是工作端溫度的單值函數(shù)。但由于冷端溫度受環(huán)境的影響經(jīng)常波動(dòng),所以需要利用補(bǔ)償導(dǎo)線把冷端引到溫度恒定的地方。
補(bǔ)償導(dǎo)線一般采用廉價(jià)金屬材料制作,其熱電特性在 0 ~ 100℃ 范圍內(nèi)和對(duì)應(yīng)的熱電偶幾乎完全一樣。因此,使用補(bǔ)償導(dǎo)線就如同將熱電偶延長,使熱電偶的冷端能夠延伸到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。需要注意的是,不同分度號(hào)的熱電偶所配的補(bǔ)償導(dǎo)線不同。
2 E 型熱電偶溫度計(jì)故障分析與處理
2.1 故障分析
在硫磺裝置生產(chǎn)運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn),DCS 指示值與現(xiàn)場雙金屬溫度計(jì)示數(shù)存在 6 ~8℃的偏差,并且偏差隨室外溫度變化而變化。由于各測溫點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)偏差并且溫度指示未出現(xiàn)跑#大值或指示室外溫度的現(xiàn)象,所以shou先排除現(xiàn)場熱電偶損壞因素。檢查 DCS 系統(tǒng)內(nèi)溫度補(bǔ)償設(shè)定,溫度補(bǔ)償正常。綜上,懷疑是補(bǔ)償導(dǎo)線導(dǎo)致測量值存在偏差,因此對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行檢測。
2.2 故障處理
shou先,準(zhǔn)備兩根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線和一根待標(biāo)定 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線。將兩根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線絞接在一起,其中一根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線在 0 ~100℃范圍內(nèi)代替熱電偶作為溫度的測量端插入恒溫箱內(nèi);另外一端放在溫度恒定的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,并用一根高精度溫度計(jì)監(jiān)測冷端溫度。用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)毫伏表測量 K 型補(bǔ)償導(dǎo)線的冷端熱電勢(shì)。用同樣的方法將待標(biāo)定 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線與標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線絞接在一起。在恒溫箱內(nèi)插入一根高精度溫度計(jì),給定恒溫箱一個(gè)固定溫度,待恒溫箱內(nèi)溫度達(dá)到給定溫度并且穩(wěn)定后,記錄 E型補(bǔ)償導(dǎo)線冷端在此溫度下的熱電勢(shì)值。冷端溫度為 20℃時(shí)得到的測量數(shù)據(jù)見表 1。
將表 1 中的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖1所示。可以看出,待標(biāo)定E型補(bǔ)償導(dǎo)線與 K 型補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性基本一致,而與 E型補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性卻相差很多。然而該補(bǔ)償導(dǎo)線的電纜外層寫著“E 型補(bǔ)償導(dǎo)線”,因此可以斷定,是廠家制作時(shí)錯(cuò)將 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線標(biāo)成了 K型補(bǔ)償導(dǎo)線,導(dǎo)致了本次故障的發(fā)生。
3 結(jié)束語
針對(duì)硫磺裝置生產(chǎn)過程中熱電偶溫度計(jì)出現(xiàn)的故障,通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了原因分析與處理,希望對(duì)儀表檢修人員在處理類似實(shí)際問題時(shí)有一定的借鑒價(jià)值。
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