热电偶电路及其原理和使用

　　一、热电偶介绍：
　　
　　热电偶属于接触式温度测量仪表是工业生产中最常用的温度检测仪表之一。它直接测量温度，并把温度信号转 热电偶换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。

　　二、热电偶工作原理：
　　
　　热电偶是一种感温元件，它把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的均质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时，只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时，可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。
　　
　　三、热电偶优点：
　　
　　热电偶是工业中常用的温度测温元件，具有如下特点：
　　
　　①测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。
　　
　　②热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏。
　　
　　③测量范围大：热电偶从-40~+1600℃均可连续测温。
　　
　　④性能可靠，机械强度好。
　　
　　⑤使用寿命长，安装方便。
　　
　　四、热电偶的种类及结构：
　　
　　(1)热电偶的种类
　　
　　热电偶有K型(镍铬-镍硅)WRN系列，N型(镍铬硅-镍硅镁)WRM系列，E型(镍铬-铜镍)WRE系列，J型(铁-铜镍)WRF系列，T型(铜-铜镍)WRC系列，S型(铂铑10-铂)WRP系列，R型(铂铑13-铂)WRQ系列，B型(铂铑30-铂铑6)WRR系列等。

(2)热电偶的结构形式：
　　
　　热电偶的基本结构是热电极，绝缘材料和保护管；并与显示仪表、记录仪表或计算机等配套使用。在现场使用中根据环境，被测介质等多种因素研制成适合各种环境的热电偶。热电偶简单分为装配式热电偶，铠装式热电偶和特殊形式热电偶；按使用环境细分有耐高温热电偶，耐磨热电偶，耐腐热电偶，耐高压热电偶，隔爆热电偶，铝液测温用热电偶，循环硫化床用热电偶，水泥回转窑炉用热电偶，阳极焙烧炉用热电偶，高温热风炉用热电偶，汽化炉用热电偶，渗碳炉用热电偶，高温盐浴炉用热电偶，铜、铁及钢水用热电偶，抗氧化钨铼热电偶，真空炉用热电偶，铂铑热电偶等。
　　
　　热电偶也叫温差电偶，是最早出现的一种热电探测器件。其工作原理是温差电效应。例如，由两种不同的导体材料构成的接点，在接点处可产生电动势。这个电动势的大小和方向与该接点处两种不同的导体材料的性质和两接点处的温差有关。如果把这两种不同的导体材料接成回路，当两个接头处温度不同时，回路中即产生电流。这种现象称为温差电效应或塞贝克效应。构成温差电偶的材料，既可以是金属，也可以是半导体。在结构上既可以是线、条状的实体，也可以是利用真空沉积技术或光刻技术制成的薄膜。实体型的温差电偶多用于测温，薄膜型的温差电堆(由许多个温差电偶串联而成)多用于测量辐射，例如，用来标定各类光源，测量各种辐射量，作为红外分光光度计或红外光谱仪的辐射接收元件等。

　　五、热电偶应用
　　
　　1 热电偶的冷端温度补偿

在生产实际中，由于热电偶的工作端(测量端)与冷端(参比端)离得很近，而且冷端又暴露在工作环境之中，因而容易受到周围工作环境温度波动的影响，所以冷端温度难以保持恒定，造成测量不准。实际应用是用专用补偿导线，将热电偶的冷端延伸至温度较低和比较稳定的地方。

　　在使用补偿导线时，要注意两个问题。其一，补偿导线的型号要与热电偶的型号相配。其二，热电偶与补偿导线连接端所处的温度不超过100℃，否则补偿导线所产生的金属导体的温差电势不能忽略。

　　2 热电偶的安装

　 1、热电偶的安装应尽可能保持垂直，以防止保护套管在高温下产生变形，但在有流速的情况下，则必须迎着被测介质的流向插入，以保证测温元件与流体的充分接触。

　 2、热电偶应安装在有保护层的管道内，以防止热量散失。

　3、热电偶安装在负压管道中时，必须保证测量处的密封性，以防止外界冷空气进入，使读数偏低。

　 4、热电偶的接线盒面盖应向上，入线口应向下，以避免雨水或灰尘进入接线盒，影响测量精度。

　　六、水泥企业常用热电偶的选择

　　对于不同的测量系统或不同的工艺要求，我们可以根据其系统或工艺的测量范围、测量状态和介质情况选用不同类型的热电偶，工业热工(如新型干法生产线的窑)常用的热电偶见表1。

　 1、WRR热电偶

　 其热电特性在高温下最为稳定，适宜于在氧化性和中性介质中使用，但其产生的热电势小，因而灵敏度低，响应速度慢，而且价格昂贵。由于WRR在低温时热电势极小，因此当热电偶冷端温度在40℃以下时，一般不需要进行冷端温度补偿。

　 2、WRP热电偶

　适宜于在氧化性或中性介质中使用，耐高温，不易氧化和腐蚀，有较好的化学稳定性和较高的测量精度，可用于精密温度测量和作基准热电偶(校准用热电偶)。

　3、WRN热电偶

　 适宜于在氧化性和中性介质中使用。500℃以下低温范围内，也可在还原性介质中进行测量。其突出优点是热电势大，灵敏度高，响应速度快，线性度好，测温范围较宽，造价低，因而在工矿企业应用广泛。

　 4、WRE热电偶

　 适宜在还原性或中性介质中使用，其热电势比较大，灵敏度高，线性度非常好，价格便宜，缺点是测温上限不高。

　　　在进行热电偶的选型时，除要注意上述热电偶的使用环境、测量范围、测量精度、灵敏度和响应速度之外，还要注意热电偶保护套管的结构、材料、耐压强度及保护套管的插入深度等。对于精度要求较高，响应速度和灵敏度要求较高的工艺测量点，必须选用较贵重的S型热电偶；对于温度较高，响应速度和灵敏度要求不很高的工艺测量点，选用B型热电偶：一般的工艺参数测量，我们选用经济实用的K型或E型热电偶。例如：我公司窑尾烟室和分解炉的温度测量，我们多选用S型或K型热电偶。因为这两处为动态温度场，其温度随喷煤量的变化而变化，要准确、快速地检测此两处的温度，则热电偶必须有较高的灵敏度和热响应速度。我公司窑头和三次风管(入窑尾烟室处)的温度测量多选用B型热电偶；而一、二、三级预热器出口处的温度测量多选用K型热电偶；旋风分离器出口、烘干破碎机出口、窑尾电除尘器出入口的温度测量多选用E型热电偶。