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关于热电偶安装及选型的探讨
点击次数:1048 发布时间:2015-07-02

1  热电偶测温原理及构成
1. 1 热电偶测温原理
热电偶测温原理是基于赛贝尔效应, 即两种不同成分的导体两端相连构成回路, 若两连接端温度不同, 则在回路内产生热电流, 形成热电势。 这个回路产生的热电势由接触电势和温差电势组成。由于导体材料一定, 热电偶产生的热电势实际上是热电偶两端温度的函数, 而且只与温度有关。
如果热电偶一端温度恒定不变, 那么根据所测到的热电偶的电势就可以推知热电偶测量端的电势。
1. 2 热电偶的结构
常用的热电偶是由热电极 (热偶丝) 、 绝缘材料(绝缘管) 和保护套管等部分构成的。 图1所示为工业热电偶结构示意图。

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。 标准热电偶有国家标准的热电势与温度、容许的误差、 标准分度表等。 我国从1988年1月1日起, 热电偶全部按IEC国标生产, 并S、 R、 B、K、 E、 J、 T 7种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 非标准型热电偶则一般用于特殊场合, 国家并没有统一制定严格的标准。
2  热电偶的选型
具体选型流程为: 型号的选择—分度号的选择—防爆等级的选择—精度等级的选择—安装固定形式的选择—保护管材质的选择—长度或插入深度的选择。
在选择热电偶的时候, 要根据所要求的使用温度范围、 所需精度、 使用气氛、 测定对象的性能、 响应时间和经济效益等综合因素进行参考。
(1) 选择测量精度和温度测量范围。 使用温度在1300℃~1800℃, 要求精度比较高时, 一般选用B型热电偶; 要求精度不高, 气氛又允许可用钨铼热电偶, 高于1800℃一般选用钨铼热电偶; 使用温度在1000℃~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N 型热电偶; 在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶, 低于400℃一般用E型热电偶; 250℃以下及负温测量一般用T型电偶, 在低温时T型热电偶稳定而且精度高。
(2) 使用环境气氛的选择。 S型、 B型、 K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用, J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛, 若使用气密性比较好的保护管, 对气氛的要求就不太严格。
(3) 选择耐久性及热响应性。 线径大的热电偶耐久性好, 但响应较慢一些, 对于热容量大的热电偶, 响应就慢, 测量梯度大的温度时, 在温度控制的情况下, 控温就差。 要求响应时间快又要求有一定的耐久性, 选择铠装热电偶比较合适。
(4) 测量对象的性质和状态对热电偶的选择。运动物体、 振动物体、 高压容器的测温要求机械强度高, 有化学污染的气氛要求有保护管, 有电气干扰的情况下要求绝缘比较高。
3  热电偶的安装
3. 1 介质温度的测量
测量介质温度的热电偶通常采用插入式安装方法, 配保护套管和固定装置, 保护套管直接与被测介质接触。
(1) 基本安装形式
根据固定装置结构的不同, 一般采用以下几种安装形式:
1) 固定装置为固定螺纹的热电偶,
可将其固定在有内螺纹的插座内, 它们之间的垫片作密封用。
2) 固定装置采用活动紧固装置,
如无固定装置的热电偶 (需另外加工一套活动紧固装置) ,其安装形式如图2所示。 热电偶安装前缠绕石棉绳, 由紧固座和紧固螺母压紧石棉绳, 以固定热电偶。 这种形式只适用于工作压力为常压的情况下, 其优点是插入深度可调。

3) 固定装置为法兰的热电偶,
可将其法兰与固定在短管上的法兰用螺栓紧固, 他们之间的垫片做密封用。 其安装形式如图3所示。

4) 保护套管采用焊接的安装方式
用于测量高温高压主蒸汽管蒸汽温度的铠装热电偶, 采用焊接套管短插的安装方式。电站的中温中压和高温高压热电偶, 其保护套管采用焊接安装方式。
热套热电偶的焊接为使热电偶的三角锥面能可靠地支撑在管壁孔上, 可在管壁上先钻一个φ38的孔, 再扩大到φ42并要求同心, 扩孔深度从内壁起到φ42孔底为10m m , 根据被测管道壁厚的不同, 选择对应的安装套管长度。
5) 铠装热电偶采用卡套装置固定, 铠装热电偶浸入被测介质的长度, 应不小于其外径的6~10倍。
(2) 安装要求及实施方法
1) 热电偶的套管插入介质的有效深度 (从管道内壁算起) 为: 介质为高温高压主蒸汽, 当管道公称通径等于或小于250m m 时, 有效深度为70m m ; 当管道公称通径大于250m m 时, 有效深度为100m m 。
对于管道外径等于或小于500m m 的汽、 气、 液体介质, 有效深度约为管道外径的1/2; 外径大于500m m时, 有效深度为300m m 。 对于烟、 风及风粉混合物介质, 有效深度为管道外径的1/3~1/2。
2) 热电偶应安装在能代表被测介质温度处, 避免装在阀门、 弯头以及管道和设备的死角附近。
3) 当热电偶插入深度超过1m 时, 应尽可能垂直安装, 否则应有防止保护套管弯曲的措施, 例如加装支撑架或加装保护管。
4) 对于承受压力的插入式热电偶, 采用螺纹或法兰安装方式时, 必须严格保证其接合面处的密封。 为此, 各接合面先使用凡尔砂和磨具进行研磨、 擦净, 并垫入垫片。 金属垫片和热电偶的丝扣部分应涂擦防锈或防卡涩的涂料, 以利于拆卸。 带固定螺纹的热电偶, 在安装时应使用合适的扳手,以防安装中损坏六角螺母。 紧固时, 可用管子加长扳手的力臂, 切勿用手锤敲打, 以免震坏热电偶。
5) 安装在高温高压汽水管道上的热电偶, 应与管道中心线垂直, 低压管道上的热电偶倾斜安装时, 其倾斜方向应使感温端迎向液体。
6) 水平装设的热电偶, 其接线盒的进线口一般应朝下, 以防杂物等落入接线盒内, 接线后, 进线口应进行封闭。 热电偶在接线时应注意极性。 若必须在隐蔽处装设热电偶时, 应将其接线盒引至便于检修处。
3. 2 金属壁温度的测量
金属壁温度是运行中重要监视参数。 其易出现的故障是热电偶和引出线断线或短路, 而这种故障一般要在停机、 停炉时处理。 因此, 应采用正确的安装方法, 确保安装质量, 使机组能安全运行。铠装热电偶用于测量金属壁温度, 主要用于测量锅炉的汽包壁、 过热器管壁, 汽轮机的汽缸内外壁和加热法兰、 螺丝以及主蒸汽管壁等温度。
铠装热电偶的测量端直接与金属壁接触, 安装前应注意检查其绝缘状况和极性, 特别是接壳式铠装热电偶, 安装后热偶丝的测量端已接地, 无法再测量其对地绝缘。 为了测量准确, 应先用锉刀或纱布将被测的金属壁打光。 铠装热电偶安装时应固定牢靠, 测量端与金属壁紧密接触并一起保温。
铠装热电偶参比端和测量端封口处理: 随着大型机组测量金属壁温测点的增多, 特别是锅炉过热器管壁温度, 由于现场环境条件差, 热电偶安装后被损坏的数量较多, 需进行处理。

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