摘 要 介紹熱電偶溫度計(jì)的測(cè)溫原理。對(duì)硫磺裝置 E 型熱電偶溫度計(jì)的故障原因進(jìn)行分析與處理。
在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度是過(guò)程檢測(cè)中最常見(jiàn)和最重要的工藝變量之一，對(duì)生產(chǎn)安全和質(zhì)量有著舉足輕重的影響，因此要求溫度測(cè)量元件需具備較高的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和可靠性。
熱電偶溫度計(jì)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便和精確度高的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于中高溫溫區(qū)的溫度測(cè)量 ［2］ 。在硫磺裝置控制系統(tǒng)中，根據(jù)工藝要求，采用7 支 E 型熱電偶溫度計(jì)和
雙金屬溫度計(jì)同時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍均為 0 ～1 000℃。生產(chǎn)過(guò)程中，DCS 控制室的溫度指示應(yīng)該與現(xiàn)場(chǎng)的一次儀表指示一致。然而，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，DCS 指示與現(xiàn)場(chǎng)雙金屬溫度計(jì)示數(shù)之間總有 6 ～8℃的偏差，而且該偏差隨室外溫度變化而變化。為此，筆者對(duì)硫磺裝置 E 型熱電偶溫度計(jì)的故障原因進(jìn)行了分析，并針對(duì)故障進(jìn)行了相應(yīng)處理。
1 熱電偶溫度計(jì)的測(cè)溫原理
1．1 測(cè)溫原理
熱電偶由兩種不同材料的導(dǎo)體 A 和 B 焊接或絞接而成。使用時(shí)，將熱電偶的工作端插入需要測(cè)量溫度的生產(chǎn)設(shè)備中，冷端置于生產(chǎn)設(shè)備外，當(dāng)兩端所處溫度不同時(shí)，在熱電偶回路內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種物理現(xiàn)象即為熱電效應(yīng) ［1］ 。熱電偶回路的熱電勢(shì) E AB (t，t 0 )只與熱電極材料和測(cè)量端、冷端溫度有關(guān)，即 E AB (t，t 0 ) =E AB (t) － E AB (t 0 )。當(dāng)冷端溫度 t 0 不變、兩種熱電極材料一定時(shí)，E AB (t 0 ) = C 為一常數(shù)，即:
因此，只要測(cè)出熱電勢(shì)的大小，就能判斷被測(cè)介質(zhì)溫度 t 的高低。
1．2 補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)延伸冷端
由熱電偶的測(cè)溫原理可知，只有在熱電偶的冷端溫度不變時(shí)，熱電勢(shì)才是工作端溫度的單值函數(shù)。但由于冷端溫度受環(huán)境的影響經(jīng)常波動(dòng)，所以需要利用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)把冷端引到溫度恒定的地方。
補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)一般采用廉價(jià)金屬材料制作，其熱電特性在 0 ～ 100℃ 范圍內(nèi)和對(duì)應(yīng)的熱電偶幾乎完全一樣。因此，使用補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)就如同將熱電偶延長(zhǎng)，使熱電偶的冷端能夠延伸到距離熱源較遠(yuǎn)、溫度較穩(wěn)定的地方。需要注意的是，不同分度號(hào)的熱電偶所配的補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)不同。
2 E 型熱電偶溫度計(jì)故障分析與處理
2．1 故障分析
在硫磺裝置生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，DCS 指示值與現(xiàn)場(chǎng)雙金屬溫度計(jì)示數(shù)存在 6 ～8℃的偏差，并且偏差隨室外溫度變化而變化。由于各測(cè)溫點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)偏差并且溫度指示未出現(xiàn)跑最大值或指示室外溫度的現(xiàn)象，所以首先排除現(xiàn)場(chǎng)熱電偶損壞因素。檢查 DCS 系統(tǒng)內(nèi)溫度補(bǔ)償設(shè)定，溫度補(bǔ)償正常。綜上，懷疑是補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)致測(cè)量值存在偏差，因此對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)。
2．2 故障處理
首先，準(zhǔn)備兩根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)和一根待標(biāo)定 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)。將兩根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)絞接在一起，其中一根標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)在 0 ～100℃范圍內(nèi)代替熱電偶作為溫度的測(cè)量端插入恒溫箱內(nèi);另外一端放在溫度恒定的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并用一根高精度溫度計(jì)監(jiān)測(cè)冷端溫度。用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)毫伏表測(cè)量 K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的冷端熱電勢(shì)。用同樣的方法將待標(biāo)定 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn) K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)絞接在一起。在恒溫箱內(nèi)插入一根高精度溫度計(jì)，給定恒溫箱一個(gè)固定溫度，待恒溫箱內(nèi)溫度達(dá)到給定溫度并且穩(wěn)定后，記錄 E型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)冷端在此溫度下的熱電勢(shì)值。冷端溫度為 20℃時(shí)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表 1。
將表 1 中的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到的數(shù)據(jù)對(duì)比如圖1所示。可以看出，待標(biāo)定E型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)與 K 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的熱電特性基本一致，而與 E型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的熱電特性卻相差很多。然而該補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)的電纜外層寫(xiě)著“E 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)”，因此可以斷定，是廠(chǎng)家制作時(shí)錯(cuò)將 E 型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)標(biāo)成了 K型補(bǔ)償導(dǎo)線(xiàn)，導(dǎo)致了本次故障的發(fā)生。
3 結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)硫磺裝置生產(chǎn)過(guò)程中熱電偶溫度計(jì)出現(xiàn)的故障，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了原因分析與處理，希望對(duì)儀表檢修人員在處理類(lèi)似實(shí)際問(wèn)題時(shí)有一定的借鑒價(jià)值。
