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(yīng)用，從安裝、使用角度闡述了如消除導(dǎo)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(cè)量及時(shí)、正確可靠,保障化工生產(chǎn)的順利進(jìn)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(guò)程都伴隨營(yíng)物質(zhì)的物理和化學(xué)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(xué)反應(yīng)與溫度有著直接的關(guān)系。所以溫度的測(cè)量與控制是保證化工生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、安全、優(yōu)質(zhì)、低消耗的關(guān)鍵之一。因此溫度的測(cè)量在化工生產(chǎn)中有著非常重要的意義。
      測(cè)溫儀表種類繁多,其中熱電阻溫度計(jì)以其測(cè)溫精度高,便于遠(yuǎn)傳、多點(diǎn)集中測(cè)量和自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)而在化工生產(chǎn)中應(yīng)用普遍。其測(cè)溫原理就是利用導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值隨著溫度變化這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。即把溫度的變化所引起導(dǎo)體電阻的變化，通過(guò)測(cè)量電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后送人顯示儀表以指示或記錄被測(cè)溫度的。熱電阻溫度計(jì)適用測(cè)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(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)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(wàn)別的，有許多使用在高溫、高腐蝕、高強(qiáng)度等環(huán)境下，如果安裝、使用不當(dāng),必然存在導(dǎo)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(chǎng)溫度檢測(cè)的正確及時(shí)，致使溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)失控,嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為能及時(shí)、正確、有效地進(jìn)行溫度測(cè)量,正確安裝使用熱電阻是重要的-個(gè)環(huán)節(jié)。
2熱電阻測(cè)溫時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
2.1熱電阻與其配套的二次儀表連接不當(dāng)引起的誤差及消除方法
      在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱電阻測(cè)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?yàn)闊犭娮枧c測(cè)量橋路連接不當(dāng)導(dǎo)致此誤差。因熱電阻僅僅是把被測(cè)溫度的變化轉(zhuǎn)換成了電阻值的變化，為了直觀地把被測(cè)溫度的數(shù)值顯示出來(lái)，就必須采用與它配套使用的二次儀表及連接導(dǎo)線組成完整的測(cè)溫系統(tǒng)，才能達(dá)到上述目的。但二次儀表要求輸人的信號(hào)是毫伏信號(hào),就需要設(shè)法將熱電阻隨溫度變化的電阻值轉(zhuǎn)換成毫伏信號(hào)送人二次儀表,以指示出被測(cè)對(duì)象的溫度。為達(dá)到此目的，二次儀表一般都采用不平衡電橋測(cè)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(dǎo)線都分布在橋路的一個(gè)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(zhǎng)的距離，因此兩根連接導(dǎo)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(gè)橋臂上，使測(cè)量產(chǎn)生，較大誤差。為了消除線電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差,我們?cè)谏a(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(dǎo)線，把兩根連接導(dǎo)線分別接人橋路的兩個(gè)相鄰的橋臂上，而把第三根導(dǎo)線與穩(wěn)壓電源的負(fù)極相接即可。這樣,由于環(huán)境溫度變化而引起的連接導(dǎo)線電阻的變化對(duì)溫度測(cè)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(guò)調(diào)整它們的阻值使每根連接導(dǎo)線獲得相等的阻值,一般均≤5歐姆。


2.2電阻與保護(hù)管裝配不當(dāng)引起的溫度滯后及消除方法
      生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(管道)內(nèi)被測(cè)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(shí)正確的反映出來(lái)，自動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)法及時(shí)正確進(jìn)行調(diào)節(jié),對(duì)生產(chǎn)造成不良后果。查其原因,是因熱電阻與保護(hù)套管裝配不當(dāng)導(dǎo)致測(cè)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(lái)機(jī)械損傷,延長(zhǎng)使用壽命,應(yīng)在熱電阻溫度計(jì)外面加裝保護(hù)管。保護(hù)管的選用一般是根據(jù)測(cè)量范圍、插人深度、環(huán)境氣氛以及測(cè)溫的時(shí)間常數(shù)等條件來(lái)決定。熱電阻在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)分為熱電阻與保護(hù)管壁底部直接接觸(接觸式安裝)和熱電阻與保護(hù)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(dá)到一致,但溫度滯后相差很大。非接觸式安裝時(shí)隨著調(diào)節(jié)對(duì)象慣性的增大,溫度的時(shí)間滯后也隨之增大。如果時(shí)間滯后過(guò)大時(shí),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(jìn)行。為了消除非接觸式安裝帶來(lái)的測(cè)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(dāng)被測(cè)介質(zhì)的溫度低于150℃時(shí),可充人變壓器油，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度高于150℃時(shí)，可填充銅屑或石英砂,以保證傳熱良好。
2.3溫點(diǎn)選擇不當(dāng)造成的誤差及消除方法
      現(xiàn)場(chǎng)用熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)溫度指示不穩(wěn)定，在排除了測(cè)量橋路和二次儀表故障后，會(huì)發(fā)現(xiàn)是熱電阻選取測(cè)量點(diǎn)不當(dāng)造成的。由于熱電阻是通過(guò)與被測(cè)介質(zhì)進(jìn)行熱交換而測(cè)溫的,因此,必須使熱電阻與被測(cè)介質(zhì)能進(jìn)行充分的熱交換，感溫元件放置的方式與位置應(yīng)有利于熱交換的進(jìn)行，當(dāng)熱電阻順著介質(zhì)流向插人或把熱電阻插至被測(cè)介質(zhì)的死角區(qū)域時(shí)，就不能實(shí)現(xiàn)正確測(cè)量。如果要消除上述現(xiàn)象造成的誤差,就應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝熱電阻時(shí)，使它與被測(cè)介質(zhì)形成逆流，即迎著介質(zhì)流向插人,至少須與被測(cè)介質(zhì)流向成90角,不得形成順流。測(cè)量管道中流體的溫度時(shí),熱電阻的工作端應(yīng)處于管道中流速最大處,熱電阻保護(hù)管的末端應(yīng)越過(guò)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(chǎng)偶有發(fā)現(xiàn),冬天熱電阻測(cè)溫時(shí),比正常溫度偏低,為何出現(xiàn)此現(xiàn)象?原來(lái)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(cè)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(shí)踐證明,隨著熱電阻插人深度的增加,測(cè)溫誤差減小。因此,在安裝時(shí)應(yīng)保證最大的插人深度，盡可能使受熱部分增長(zhǎng)。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐證明,無(wú)論多大的管道,溫度計(jì)的插人深度到300mm時(shí)已足夠。其次,為減少熱電阻外露部分的熱損失，應(yīng)對(duì)其外露部分進(jìn)行適當(dāng)保溫,可加裝保溫層。
2.5熱輻射引起的測(cè)溫誤差及消除方法
      在生產(chǎn)中會(huì)發(fā)現(xiàn)當(dāng)被測(cè)介質(zhì)的溫度很高并且與設(shè)備(管道)壁表面溫度相差很大時(shí)，就會(huì)在溫度測(cè)量時(shí)產(chǎn)生誤差。通過(guò)分析可知是熱輻射引起的測(cè)量誤差。要消除此誤差,就應(yīng)盡量減小被測(cè)介質(zhì)與設(shè)備(管道)壁表面之間的溫度差,為此，我們?cè)诎惭b熱電阻的地方，如果器壁暴露于空氣中,則應(yīng)在其表面包裹一層絕熱層(如石棉等),必要時(shí),可在測(cè)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(cè)量的主要儀表,做到正確使用和安裝熱電阻,是保證溫度測(cè)量及時(shí)、正確、可靠的關(guān)鍵，是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)順利進(jìn)行的保障。