熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問(wèn)題時(shí)就無(wú)法應對。

溫度檢測的重要性

化工生產(chǎn)是一個(gè)非常復雜的材料平衡變化過(guò)程，生產(chǎn)進(jìn)度通常不能直觀(guān)觀(guān)察，只能通過(guò)反映工藝變化的參數來(lái)間接認知，并進(jìn)行相應的操作，保證生產(chǎn)的順利運行。 雖然表示生產(chǎn)進(jìn)度的參數很多，但對于復雜的生產(chǎn)全過(guò)程，特定的特征參數很難全面反映生產(chǎn)進(jìn)度。 在材料平衡變化的同時(shí)也發(fā)生能量的產(chǎn)生和遷移，物理反應和復雜的化學(xué)變化都可以通過(guò)能量檢測來(lái)判斷生產(chǎn)過(guò)程。 由于溫度是表示能量大小的物理參數，對于化工生產(chǎn)，只需測量幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度就能判斷生產(chǎn)進(jìn)度，控制生產(chǎn)提高生產(chǎn)能力降低能耗保證安全，因此溫度測量是化工生產(chǎn)中非常重要的參數。

溫度檢測手段

化工生產(chǎn)的溫度測量分為地指示和遠程顯示控制兩大類(lèi)，地指示比較簡(jiǎn)單，通常使用雙金屬溫度計的精度差不是通常生產(chǎn)控制的調節依據。 遠程溫度計將現場(chǎng)測量點(diǎn)的溫度遠程傳遞到控制室是生產(chǎn)的重要參數，作為生產(chǎn)控制的重要手段，要求準確可靠。

與化工生產(chǎn)中復雜的各種檢測儀表相比，溫度檢測是傳統四大檢測參數中類(lèi)型較少的簡(jiǎn)單儀表。 現場(chǎng)使用的遙測儀通常只有三種

高溫輻射式溫度計在生產(chǎn)溫度長(cháng)期用于1000度以上的生產(chǎn)中時(shí)，這種儀表在很多生產(chǎn)中很少使用。

測溫電阻溫度計通常在200度以下生產(chǎn)的低溫時(shí)使用。 應用較多的是各種泵設備自身的溫度檢測，測量設備運行的溫度，以防止過(guò)度升溫導致設備損壞。

熱電偶溫度檢測計測溫范圍寬，因此為-200； <； br/>； 在1200度范圍內使用的是廣泛應用于化工生產(chǎn)的溫度測量?jì)x。 熱電偶根據使用的溫度范圍分為各種形式，其中廣泛使用的是k型熱電偶。 熱電偶的材質(zhì)因型號不同而不同，但它們的測溫原理相同。

熱電偶的測溫原理

熱電偶是非常簡(jiǎn)單的測量?jì)x器，只要焊接2根不同材質(zhì)的導體的一端，就可以制作熱電偶溫度計。 這種結構簡(jiǎn)單的儀表測溫原理是金屬導體的熱電效應，該熱電效應有接觸電位和溫差電位兩種結構。

熱電偶的熱端實(shí)物如圖所示

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接觸電位

接觸電位是熱電偶能夠測溫的主要原因。 像電子器件的二極管PN結那樣，熱電偶的熱端被兩種不同材質(zhì)的導體焊接，由于導體密度的不同而產(chǎn)生電子密度差，在該密度差的作用下，兩導體接觸面產(chǎn)生由于電子的擴散速度的不同而變化的電場(chǎng)，當接觸面溫度不變化時(shí)，電子擴散達到動(dòng)態(tài)平衡，產(chǎn)生一定的靜電場(chǎng)<； br/>； 接觸電位。

相同溫度不同材質(zhì)下的接觸電位

在溫度一定的情況下，接觸電位的大小只與熱電偶的兩個(gè)導體的材質(zhì)有關(guān)。 材質(zhì)不同的熱電偶在相同溫度下的接觸電位不同，以使二極管的硅管和鍺管的導通電壓大小不同。 因此，由于不同型號的熱電偶在相同溫度下的電位不同，所以熱電偶被分為許多型號和不同的使用范圍。

材質(zhì)不同溫度下的接觸電位

同一型號的熱電偶的溫度引起的接觸電位不同的原因在于，熱電偶的接觸端(焊接兩導體)的電子擴散在溫度變化時(shí)失去平衡，新的電子擴散到達新的平衡點(diǎn)時(shí)，兩導體產(chǎn)生的靜電場(chǎng)<； br/>； 接觸電位與以前的電位不同。 與靜態(tài)參數隨二極管溫度的差異一樣，熱電偶產(chǎn)生變化的電位。

對于已經(jīng)制造的完成熱電偶，其接觸電位的大小與熱電偶的接觸端的溫度對應，溫度高，電位大，因此將該接觸電位稱(chēng)為熱電勢。

溫差熱電勢

溫差電位是熱電偶能夠表現溫度的主要原因。 溫度是用于表現能量大小的一個(gè)人規定的物理量，有意義的零點(diǎn)，但與我們的生活大不相同，像氣壓一樣我們平時(shí)所說(shuō)的溫度零度是攝氏零度，是一個(gè)人設定的零點(diǎn)。 測溫計的信號為了再現溫度，必須與基準溫度進(jìn)行對照。 這個(gè)標準是我們日常生活中使用的攝氏零度。

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熱電偶測溫組成

熱電偶本身的結構簡(jiǎn)單，但要準確測溫需要構建良好的測溫系統，主要由熱電極、套管、補償導線(xiàn)三部分組成

熱電極

熱電極一般稱(chēng)為熱電偶，是熱電偶可以測溫的核心部件。 從制造成本的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，熱電極的長(cháng)度通常限于1米左右，但現場(chǎng)的測溫點(diǎn)大多距離控制室數百米以上，因此熱電偶需要連接端子，以其他形式向控制室發(fā)送信號。

熱電極根據材質(zhì)可以分為不同的形式，工業(yè)現場(chǎng)一般使用k型和e型熱電偶。 k型熱電偶為鎳鉻硅熱電偶，測溫范圍寬，-200； <； br/>； 可在1000度以?xún)乳L(cháng)期使用，適應工業(yè)生產(chǎn)的多種情況被大量應用。 e型熱電偶為鎳鉻合金的鎳銅熱電偶，使用范圍比k型小-50%，為600度，但在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢比k型大，低溫時(shí)的誤差相對較小，在400度左右的生產(chǎn)中應用也非常多。

熱電極結構通常分為組裝式和護套式兩種。

組裝式熱電偶是一般的熱電偶，熱電極的兩端使用高溫絕緣陶瓷柱作為絕緣蓋，防止熱電偶兩端短路，熱電極的末端與絕緣連接端子柱連接。 該結構易于現場(chǎng)安裝，當熱電極和套管長(cháng)度不同時(shí)，可根據套管長(cháng)度自由切割，便于現場(chǎng)安裝。 使用中陶瓷絕緣蓋容易破損，引起絕緣不良，熱電偶的兩個(gè)導體也會(huì )短路，拆卸安裝時(shí)請注意，盡量保證陶瓷蓋的完整性。

　　

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熱電偶使用中產(chǎn)生的熱端接觸電位需要遠離控制室進(jìn)行溫度再現，溫度再現需要以基準攝氏零度為依據，但在控制室內也難以達到一定的零度的溫度基準，為了保證熱電勢在傳輸中不產(chǎn)生溫度梯度的變化畸變，將現場(chǎng)的熱電勢延長(cháng)至控制室內 br/>； 溫差電位延長(cháng)。

溫差電位

一個(gè)導體若兩端的溫度不同，則該導體兩端的電子能量不同，溫度高的電子能量向溫度低的方向擴散，在高溫下產(chǎn)生正電位，在低溫下產(chǎn)生負電位，在電子擴散達到動(dòng)平衡后形成靜電場(chǎng)<； br/>； 溫差電位。 熱電偶以此原理實(shí)現了將熱端溫度產(chǎn)生的熱電勢延伸到控制室的目的，避免了傳遞中溫度梯度變化產(chǎn)生的測量畸變。

熱電偶的接觸電位和溫度差電位的重疊是熱電偶整體的測溫原理，通過(guò)將難以檢測的溫度物理量變更為容易進(jìn)行測定處理的毫安電壓信號，實(shí)現了被測定點(diǎn)的溫度傳遞較遠。

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套管，套管

溫度是物質(zhì)能量表示的物理量。 由于能量的轉移擴散性，因測量點(diǎn)的能量不同，溫度也不同，為了準確可靠地測量物質(zhì)的溫度，一般將測量點(diǎn)盡量選定在材料的中間位置。 熱電偶在使用中必須深入被測設備的配管內，為了保證生產(chǎn)的安全，必須在熱電偶上安裝防護套。

安裝防護套通常有螺釘安裝和法蘭安裝兩種連接方式。

螺釘安裝通常應用于管道的測溫。 這種優(yōu)點(diǎn)使管道施工方便，在小管道中可傾斜安裝以提高溫度測量的準確性。 缺點(diǎn)是安全性差，用螺釘和密封墊片密封，不能在高壓環(huán)境下使用。

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鞘熱電偶的熱電極插入細長(cháng)的金屬鞘管中，其中填充有高溫絕緣氧化鋁、氧化鎂等，末端引線(xiàn)與端子板連接。 護套熱電偶由金屬外殼保護，機械強度高，可彎曲安裝，絕緣不易損壞，因此被大量使用。 但是，護套熱電偶的引線(xiàn)脆弱，斷裂時(shí)難以修復，因此在處理護套熱電偶時(shí)，請注意不要損壞引線(xiàn)。

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法蘭的安裝通過(guò)兩法蘭之間的連接實(shí)現了密封，一般用于塔式設備和高壓管線(xiàn)的安裝，但由于法蘭的存在，緊固螺栓容易生銹，因此不利于拆裝，只能垂直于塔式設備的管線(xiàn)方向進(jìn)行安裝，因此對流方向的安裝不利于熱交換

補償導線(xiàn)

補償導線(xiàn)是熱電偶測溫計特有的傳輸電纜。 與正常傳輸銅線(xiàn)纜不同，只要確保所傳輸的信號沒(méi)有失真，使用補償導線(xiàn)就是用于繼續熱電偶的溫差電位的補償線(xiàn)纜。 由于熱電極的材質(zhì)和制造成本高，將完成的數百米熱電偶從現場(chǎng)延伸到控制室是不現實(shí)的，因此需要能夠降低與現場(chǎng)的熱電極相同溫差電位的傳輸線(xiàn)路和成本的電纜<； br/>； 補償導線(xiàn)。 補償導線(xiàn)的使用不僅是熱電極接觸電位的傳遞，還是熱電極溫差電位的繼續，因此與以往的銅電纜的目的不同。 為了確保補償導線(xiàn)的溫差電位與現場(chǎng)熱電極的溫差電位一致，傳輸時(shí)不得使用和誤用與熱電極相同類(lèi)型的補償導線(xiàn)。

修正導線(xiàn)使用注意事項

另一方面，補償導線(xiàn)與銅導線(xiàn)不同的原因不僅在于材質(zhì)不同，補償導線(xiàn)的目的不僅在于補償熱電偶的熱電勢，還補償傳輸中的溫差電位。 補償導線(xiàn)本身分為正極和負極兩極，在現場(chǎng)與熱電偶接線(xiàn)、控制室與二次計及控制系統接線(xiàn)時(shí)必須正確對應，不能像銅電纜那樣輕易連接。

二、在傳輸補償導線(xiàn)時(shí)應盡量不帶接頭，在不可避免的時(shí)候應盡量牢固接頭。 由于補償導線(xiàn)基本上是廉價(jià)的熱電偶，所以補償導線(xiàn)之間有連接器時(shí)會(huì )產(chǎn)生接觸電位，接觸點(diǎn)的接觸電阻大時(shí)，該接觸電位變大，補償導線(xiàn)被引入追加的接觸電位。 接觸點(diǎn)的接觸不良時(shí)，該接觸電位會(huì )大幅度跳躍，引起測溫變形。 同樣，補償導線(xiàn)和熱電偶的連接端子的接線(xiàn)也必須良好地連接，防止接觸電位的導入。

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熱電偶使用中常見(jiàn)故障及處理

熱電偶是測溫系統，信號傳輸過(guò)程由熱電極、端子、補償導線(xiàn)、二次處理4個(gè)部分組成，哪個(gè)部分存在問(wèn)題導致溫度測量不正確。 實(shí)際使用中發(fā)生故障的現象大致分為數值大、數值小、數值跳躍、數值滿(mǎn)。

熱電極自身原因引起的故障

熱電極是金屬導體，中長(cháng)期高溫的熏煙和周?chē)臍夥?腐蝕、水蒸氣)的影響本身劣化，熱電極的熱電電位和溫度的對應關(guān)系變化，變?yōu)闇囟鹊暮涟搽妷簩φ毡淼钠?，產(chǎn)生測溫誤差。

熱電極的插入深度不夠。 該故障通常發(fā)生在新裝置或裝置的修理運轉中，由于熱電偶的安裝導致套管長(cháng)度不足，因此進(jìn)入配管設備的距離未到達介質(zhì)的中心，因此熱電偶的測溫端未到達溫度較高的地方，因此測定溫度較低。 如果熱電偶的插入深度過(guò)于接近管道設備的外壁，其測溫誤差會(huì )進(jìn)一步增大，甚至完全喪失測溫的意義。

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保護套管不夠長(cháng)，熱電極不夠長(cháng)就可以處理，可以找到足夠長(cháng)的熱電極。 套管本身不夠長(cháng)，只有在裝置停止后才能更換，因此套管的安裝長(cháng)度非常重要，決定熱電偶的測溫是否正確，但在很多情況下，熱電偶的問(wèn)題在于該現場(chǎng)套管的安裝。

航站樓

從熱電偶的測溫原理可知，熱電勢的構成有接觸電位和溫差電位兩種。 如果熱電偶現場(chǎng)的端子與補償導線(xiàn)、補償導線(xiàn)與控制室二次處理計的配線(xiàn)接觸不良發(fā)生，則在熱電偶信號傳輸中會(huì )產(chǎn)生附加的接觸電位，引起測溫誤差，如果發(fā)生配線(xiàn)接觸不良，則也會(huì )產(chǎn)生測溫大幅度跳躍的現象。

隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，現場(chǎng)的熱電偶的連接端子和補償導線(xiàn)由于經(jīng)年變化等接觸電位變大，發(fā)生被測量溫度變形或跳躍的現象，在現場(chǎng)重新連接補償導線(xiàn)后故障消除的情況也是很多現場(chǎng)的儀表人員困惑的原因，為什么重新連接配線(xiàn)后故障消除了呢？

如果補償導線(xiàn)的中間有接頭，這種接觸電位會(huì )對測溫產(chǎn)生影響，因此在補償導線(xiàn)的使用中不可避免地沒(méi)有接頭。 不僅要進(jìn)行接頭的接線(xiàn)處理，還要清楚地標記接頭的位置，如果發(fā)生測溫故障，要迅速找到補償導線(xiàn)的接頭位置進(jìn)行處理，找出補償導線(xiàn)引起的故障是不容易的。

補償導線(xiàn)

補償導線(xiàn)是與開(kāi)口現場(chǎng)熱電偶相同類(lèi)型的廉價(jià)熱電偶，其性能基本與標準熱電偶一致。 現場(chǎng)使用的補償導線(xiàn)形式必須與安裝的熱電偶一致。 這可以從補償導線(xiàn)的電纜護套中找到具體形式，也可以通過(guò)補償導線(xiàn)內部護套護套的顏色來(lái)識別。 如果補償導線(xiàn)的使用形式不正確，則導入測溫誤差，現場(chǎng)的k型熱電偶像e型補償導線(xiàn)那樣連接，則控制室的顯示溫度變高，現場(chǎng)的e型熱電偶與k型補償導線(xiàn)連接，則顯示溫度變低。

由于補償導線(xiàn)是廉價(jià)的熱電偶，其本身有正負之分，現場(chǎng)與熱電偶的接線(xiàn)、控制室二次計的接線(xiàn)必須正確對應。 如果補償導線(xiàn)的一端與熱電偶或二次計的極性相反，則傳遞給二次計的熱電勢為負值，表示處理后的溫度為負值或低值(配置中的較小值)。 補償導線(xiàn)的現場(chǎng)和控制兩端的極性同時(shí)相反，相當于現場(chǎng)的熱電偶毫米波信號的線(xiàn)路中加入負溫差電位，進(jìn)入二次計的毫米波電位變小，顯示溫度變小。

二次處理

二次處理計將導入的毫米波安培電壓信號與溫度對照，進(jìn)行熱電偶的冷卻溫度補償。 二次表結構中選擇的熱電偶形式與現場(chǎng)不一致時(shí)，其換算測量的溫度會(huì )產(chǎn)生偏差。 如果二次計自身的測溫熱敏電阻測量的環(huán)境溫度不正確，則換算后的現場(chǎng)溫度也會(huì )出現偏差。 并且，如果二次計算是輸出電流的溫度變送器，則輸出電流信號的溫度范圍必須與控制室內的顯示結構一致。

修理熱電偶時(shí)的檢查

熱電偶的修理通常分為熱電極自身精度的校正和套管磨損檢查。 熱電極的校正檢查雖然很重要，但是不是修理時(shí)必須要做的工作。 裝置正常工作時(shí)若熱電極本身發(fā)生故障，則從現場(chǎng)拆下進(jìn)行故障診斷和校正檢查。

熱電偶套管的檢查是修理時(shí)的重點(diǎn)工作，但在實(shí)際應用中很多企業(yè)都忽視了。 熱電偶套管在日常使用中插入設備和配管，長(cháng)期受到介質(zhì)的清洗腐蝕，外壁逐漸磨損，壁厚變薄，造成穿孔斷裂等極端狀況。 由于熱電偶套管在運行中事故較輕會(huì )引起設備停車(chē)，嚴重時(shí)會(huì )引起火災事故，因此檢查熱電偶套管的腐蝕程度是維修的重點(diǎn)工作。

套管檢查通常有人工肉眼檢查法和打擊試驗法兩種方法。 壓力試驗法用于高壓加氫裝置等高壓裝置，其熱電偶套管的密封性能無(wú)法用肉眼正確判斷，因此需要拆卸后使用專(zhuān)業(yè)的密封試驗設備進(jìn)行壓力試驗。

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生產(chǎn)設備不在高壓環(huán)境下運行時(shí)，熱電偶套管的磨損檢查通常用肉眼觀(guān)察法確認，該方法快速方便，但容易浪費。 現場(chǎng)拆除熱電偶套管后，用抹布清除套管外表面的污垢后，觀(guān)察套管外壁是否有明顯的磨損、腐蝕、麻孔等磨損腐蝕痕跡，如果不清楚的話(huà)更換墊圈使其恢復原狀，發(fā)現套管腐蝕嚴重時(shí)更換新套管。 通常，為了確保安全，在現場(chǎng)檢查熱電偶護套管時(shí)，如果有明顯的腐蝕痕跡，更換新的護套管，確保裝置運轉的安全性，但也會(huì )產(chǎn)生一定的熱電偶護套管的浪費。

溫度測量范圍和容許誤差

熱電偶種類(lèi)

代號

刻度

測定范圍℃

允許偏差δt℃

鉑銠30-鉑銠6

wrr(wrr )

乙組聯(lián)賽

0~800

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

鉑銠10-鉑

wrp(wrp )

s

0~1600

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

因科內爾

wrn(wrn )

K

0~1300

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

因科內爾

WRE

e

0~800

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

總結

熱電偶溫度計是工業(yè)上廣泛應用的溫度檢測儀，形式各異，但測量原理相同。 作為工作人員，如果不熟悉熱電偶的測溫原理，在遇到問(wèn)題時(shí)就無(wú)法應對。

本文熱電偶高頻詞： 電勢  補償導線(xiàn) 

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