04温度测量仪表.docx

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04温度测量仪表

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第4章温度测量仪表

4.1热电偶

热电偶作为电子电位差计的变送器，其热端置于被测量温度处，将被测点温度情况以热电势形式传给仪表测量电桥的两端。

热电偶所产生电势的大小，取决于冷端与热端的温度差。

4.1.1热电偶的结构要求

为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：

（1）组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固；

（2）两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；

（3）补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠；

（4）保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

4.1.2热电偶冷端的温度补偿

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子上。

必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。

因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。

在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配，极性不能接错，补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

4.2热电阻

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。

它的主要特点是测量精度高，性能稳定。

其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。

4.2.1热电阻测温原理及材料

　　热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。

热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。

4.2.2热电阻测温系统的组成

热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。

必须注意以下两点：

①热电阻和显示仪表的分度号必须一致

②为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。

4.2.3维修注意事项

在处理热电阻感温元件时应注意的问题

1）热电阻感温元件抽出保护管后，应将保护管内的锈蚀或油污清除掉；

2）检修时，对于铂电阻不应用手直接接触铂丝，也不应将铂丝拆下，对于铜电阻不应将漆包线从骨架上拆下。

3）调整温度为0℃时的电阻值R0时，R0值的增减应在其尾端进行。

如R0值过小，对铜电阻可用焊接同样线径的漆包线来增大，对铂电阻可用镊钳轻微拉长来增大。

4）将感温元件装入保护管时，如发现引出线过短，对铜电阻可用同样直径的铜导线接长，对铂电阻可用同样直径的银导线接长。

4.3膨胀式温度计

水银温度计断节的修复方法

水银温度计的水银液柱断节，主要是由于水银中还有气泡或运输和存放时有振动造成的。

因此，在检定和使用前，必须对温度计进行检查，如发现用断节现象应修复，否则，不能使用。

修复方法有如下4种。

（1）加热法：

当发现毛细管中或中间泡内有液柱或水银时，可采用加热法，将温度计置于热源中加热，使下泡水与断节水银连接起来，然后在室温下冷却。

如一次连接不上，可反复几次。

（2）冷却法：

将温度计放入冰水混和物或干冰里，使水银柱面缩到零点位置和下泡上部，这样可将气泡赶到水银弯月面的上面。

为了将气泡排除干净，可用加热法，冷却法结合，反复几次即可修复。

（3）重力法：

当发现中间泡或毛细管内断节的水银柱时，也可用重力法修复。

需先将桌面垫一层有弹性的软物质，手握温度计下泡，垂直向弹性物轻微冲击或震动，就会使断节的水银与下泡水银连接起来。

有时也可用重力与冷却相结合的方法，先将断节水银温度计冷却，取出后用重力法，反复几次可将气泡排除，使水银连起来。

（4）离心法：

将水银断节的温度计放在专用离心机里，由于离心作用，将使断节水银与水泡内的水银主体连接起来，这种方法必须备有专用离心机。

4.4故障及处理

4.4.1常见故障处理

（1）热电偶通常出现以下故障：

a.短路

热电偶两极之间短路。

电极短路部分形成新的热接点，短路严重时，仪表会指示短路部位的温度，若短路不严重，则仪表的示数将在正常与短路温度范围内，随热电偶短接处的接、断而往返移动。

只要将热电偶抖动一下即可发现。

热电偶补偿线短路，是由于连接时不注意造成的或热电偶接头部分不干净，保护盖未盖好，在接头除掉进金属丝造成短路。

此时仪表值低于被侧处温度。

（因短路程度而定）

b.接触不良

补偿导线与热电偶接头或接向仪表的端头接触不良。

指针指向最大或上下摆动。

c.断路

断路大多数是电极本身，原因是由于电极受到机械碰伤或长期加热变质，此时指针指向最大或停在原处不动。

当彻底断时指针所指的温度将随时间而有很大的变化。

这种变化时跳跃的。

（2）常见故障及处理方法

热电偶及热电阻常见故障及处理方法见表4-1。

表4-1（a）热电偶常见故障及处理方法

现象

原因

处理方法

热电势值偏低

热电偶受潮，绝缘不良

清洗烘干或更换热电偶

热电偶电极材料变质或热端损坏

更换热电偶

补偿导线与热电偶极性接反

正确接线

线路电阻不准确

正确配置线路电阻

热电势值偏高

补偿导线与热电偶种类不符

更换补偿导线

热电偶电极材料变质

更换热电偶

线路电阻短路

更换线路电阻

热电势不稳定

端子接触不良

拧紧接线端子

绝缘不良或局部接地

清洗烘干或处理接地故障

表4-1（b）热电阻常见故障及处理方法

现象

原因

处理方法

电阻值偏低

内部局部短路

更换热电阻

绝缘降低

清洗烘干

经过检查，发现热电偶芯长度不够，没有插到保护套管，如图4-2造成热电偶热端和套管顶部之间有一段空隙。

由于空气热阻大，传热性能差，造成很大的测量滞后。

纯滞后大的测量系统一般PID调节器是很难改善调节品质的，所以出现温度变化迟钝等现象。

另外测量温点位置也不变化。

如果设备内温度分布不很均匀，那么A点和B点的温度就会有差异。

再者，套管端点温度通过空气层传递到热电偶端时，有热量损失，热电偶端温度t1要低于保护套管顶部温度t0，所以温度指示偏低。

处理办法是，按保护套管插入深度配置热电偶长度，使热电偶热端一直插到保护套管顶部，直到相碰为止。

处理完后，温度指示正常，调节系统品质指标亦改善了。

（7）温度调节不稳

　　工艺过程：

重油温度调节系统TIC-706。

重油通过热交换器，采用中压蒸汽加热。

故障现象：

改变蒸汽调节阀开度，TIC-706温计度变化慢，投自动档时温度变化大、波动。

图4-3重油温度调节系统

　　分析与判断：

改变蒸汽流量、重油温度不能明显变化，说明检测系统有滞后，检查热电偶测量系统，确认没有问题，说明传热系统有问题。

从图4-3可见，为了充分利用蒸汽潜热、中压蒸汽要冷凝成水后再通过疏水器定时排放掉。

蒸汽和重油通过热交换器进行传热，热交换过程需要一定时间。

中压蒸汽温度280℃，加热后重油为150℃，当加热蒸汽温度由280℃逐渐冷却，与热交换后的重油温度150℃相接近时，热交抽象几乎达到相对平衡（由于热阻存在，有一点温差），此时加热蒸汽尚未全部冷凝成液体，它仍占据着热交换器的空间即使开大调节阀，新的蒸汽也补充也是微量。

这样造成用于热交换的蒸汽温度达不到设计值280℃（虽然外来蒸汽温度是280℃），而是在280℃与蒸汽冷凝成水的温度之间变化。

由于实际用于热交换的蒸汽温度低于设计值，热交换时间增加，造成温度测量滞后，测量滞后大就造成系统不稳定。

　　处理方法是针对该系统，整定PID参数，增加微分作用，加适量的积分作用，加大比例作用，P=50%，Ti=5min,Td≈1.5min,结果比较理想。

（8）反应炉温度超限

　　故障现象：

某反应炉上的铂铑-铂热电偶温度指示器在运行时突然出现温度超限。

　　分析与判断：

此现象是因为发生断偶现象引起的。

铂铑-铂热电偶不能用于H2、CO之类的有还原性气体存在的场所测温，因为还原性气体可从氧化物中夺取氧原子，使热电偶的热接点产生一种白色脆性物质，导致断偶。

　　处理办法：

采用如钨铼等能在还原性气体中长期稳定工作的热电偶代替铂铑-铂热电偶。

或者采用吹气（空气或氮气）方法加以防止。

（9）合成塔开车升温过程中温度指示异常

　　工艺过程：

某氨厂合成塔，从上至下装有一支10m左右长的热电偶套管，内插多点热电偶。

　　故障现象：

开车升温过程中发现有温度指示异常现象，初期各测温点温度指示相应上升，一段时间后，下部各测温点温度仍继续上升，均在200℃左右，唯最上部测温的温度指示在100℃左右停滞。

据分析，该点实际温度肯定在130℃以上。

　　分析与判断：

最上部测温点温度指示在100℃左右停滞，说明该处有水汽积聚，其水分受热后向上蒸发，在上部遇冷凝结成小水珠，该水珠又在套管内落下，如此反复，致使上部测温点的指示停滞在水沸点（100℃）左右。

产生此故障的原因是由于保护导管安装有未经处理或处理不符合要求，套管内气体温度仍较高所致。

处理方法是将该多点热电偶往上提，使上部测温点高于套管顶部一定距离，其内部的部分水汽被夹带出套管后在外部蒸发。

如此反复多次，如水汽不多，一般可恢复正常。

否则，须把热电偶全部取走，用一支细尼龙管插入导管底部，将干燥的氮气充入管内，使水汽逐渐地被置换出来。

（10）电阻体的防护与检修

故障现象：

在温度测量方面，不论二次测量仪表是用电Ⅲ型的还是用微机，凡是被测介质温度较低时，它们的一次元件均采用铜或铂电阻体。

如测量冷凝水、液氨或氨水的温度也是这样，而在这些铜或铂电阻体的保护套管内，总是或多或少有冷凝水珠存在，尤其是在炎热的夏天，这种现象更为突出。

故障分析：

研究上述现象，认为这是由于环境温度较高，而套管内的温度较低，有时正好达到了露点温度，就在套管内形成水珠。

因此在这些温度的测量中，每隔一段时问，最好把电阻体从套管中拔出来，用干净的棉纱把电阻体及套管内的水珠擦拭干净。

而在测量液氨或氨水工作的环境中，由于泄漏等原因，周围空间氨气成分较浓，因此在这样环境下工作的铜电阻体上，有时还会发现有微量绿色的铜锈。

经分析判断，这就是在特珠情况下形成的含氨的醋酸亚铜。

它是由空气中的氨气和铜电阻体上的水珠相互作用生成的。

如果这些醋酸亚铜在铜电阻体上停留的时问很长，就会很快把铜电阻体腐蚀坏。

因此在这种情况下，应经常查看工作在这种环境中的铜电阻体，清除生成的氨水和铜锈，防止铜电阻体的损坏和延长其寿命。

尤其是在炎热的夏天，液氨蒸发或有漏氨现象发生时，生成醋酸亚铜的机会会更多，此时要经常加强巡回检查，并规定在保养制度之中。

防护措施：

电阻体保护套管内有水比热电偶套管内有水损耗要严重得多，电阻体工作时需要4V直流电源存在，时间长了，由于短路会损坏整流电源部分。

因此对于这类电阻体要严防氨气和水气从盒盖处进入，最好在盒盖处再包一层塑料布为好，这样既防止了氨气的进入，又阻止了雨水从盒盖处进入，可对套管内的电阻体起到较好的保护作用。

此外，还要保持盒盖和电阻体接线端子的清洁，因为现场环境千变万化，易弄脏一次元件接线端子，造成绝缘不好，引起4V直流电源或电阻体阻值发生变化，引起指示误差

故障处理：

一旦电阻体损坏，要用放大镜仔细观察电阻体的短路或断路处，如发现铜电阻体因绝缘漆皮脱落而造成的短路处，可用镊子把短路处轻轻拨开，涂上绝缘漆；如发现有断路处，可用6v左右的电弧焊接；如果是铜或铂电阻体在引线处断开或脱焊，可用10V左右的电弧焊接；如果电阻体丝有一段需更换，则可用同型号的铜或铂丝换之，并使更换后的电阻体的阻值符合技术指标的要求。

安装前首先应确定电阻体阻值及其随温度变化的规律是否符合要求，应在恒温油浴内与玻璃温度计进行比较，有误差或误差较大的应用上述方法加以修正，或记录下它的误差，以便在实用中对被测温度加以校正，保证现场测量的准确。

热电阻的A，B，C三根接线根据工作原理分析可知，当A线断时，二次表指示最大；当B线断时，二次表指示最小；当C线断时，二次表指示为零。

在