史密斯仪表有限公司介绍热电偶的应用及检修注意事项！

热电偶温度计是工业上广泛应用的温度检测仪，形式各异，但测量原理相同。 作为工作人员，如果不熟悉热电偶的测温原理，在遇到问题时就无法应对。

温度检测的重要性

化工生产是一个非常复杂的材料平衡变化过程，生产进度通常不能直观观察，只能通过反映工艺变化的参数来间接认知，并进行相应的操作，保证生产的顺利运行。 虽然表示生产进度的参数很多，但对于复杂的生产全过程，特定的特征参数很难全面反映生产进度。 在材料平衡变化的同时也发生能量的产生和迁移，物理反应和复杂的化学变化都可以通过能量检测来判断生产过程。 由于温度是表示能量大小的物理参数，对于化工生产，只需测量几个关键点的温度就能判断生产进度，控制生产提高生产能力降低能耗保证安全，因此温度测量是化工生产中非常重要的参数。

温度检测手段

化工生产的温度测量分为地指示和远程显示控制两大类，地指示比较简单，通常使用双金属温度计的精度差不是通常生产控制的调节依据。 远程温度计将现场测量点的温度远程传递到控制室是生产的重要参数，作为生产控制的重要手段，要求准确可靠。

与化工生产中复杂的各种检测仪表相比，温度检测是传统四大检测参数中类型较少的简单仪表。 现场使用的遥测仪通常只有三种

高温辐射式温度计在生产温度长期用于1000度以上的生产中时，这种仪表在很多生产中很少使用。

测温电阻温度计通常在200度以下生产的低温时使用。 应用较多的是各种泵设备自身的温度检测，测量设备运行的温度，以防止过度升温导致设备损坏。

热电偶温度检测计测温范围宽，因此为-200； <； br/>； 在1200度范围内使用的是广泛应用于化工生产的温度测量仪。 热电偶根据使用的温度范围分为各种形式，其中广泛使用的是k型热电偶。 热电偶的材质因型号不同而不同，但它们的测温原理相同。

热电偶的测温原理

热电偶是非常简单的测量仪器，只要焊接2根不同材质的导体的一端，就可以制作热电偶温度计。 这种结构简单的仪表测温原理是金属导体的热电效应，该热电效应有接触电位和温差电位两种结构。

热电偶的热端实物如图所示

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接触电位

接触电位是热电偶能够测温的主要原因。 像电子器件的二极管PN结那样，热电偶的热端被两种不同材质的导体焊接，由于导体密度的不同而产生电子密度差，在该密度差的作用下，两导体接触面产生由于电子的扩散速度的不同而变化的电场，当接触面温度不变化时，电子扩散达到动态平衡，产生一定的静电场<； br/>； 接触电位。

相同温度不同材质下的接触电位

在温度一定的情况下，接触电位的大小只与热电偶的两个导体的材质有关。 材质不同的热电偶在相同温度下的接触电位不同，以使二极管的硅管和锗管的导通电压大小不同。 因此，由于不同型号的热电偶在相同温度下的电位不同，所以热电偶被分为许多型号和不同的使用范围。

材质不同温度下的接触电位

同一型号的热电偶的温度引起的接触电位不同的原因在于，热电偶的接触端(焊接两导体)的电子扩散在温度变化时失去平衡，新的电子扩散到达新的平衡点时，两导体产生的静电场<； br/>； 接触电位与以前的电位不同。 与静态参数随二极管温度的差异一样，热电偶产生变化的电位。

对于已经制造的完成热电偶，其接触电位的大小与热电偶的接触端的温度对应，温度高，电位大，因此将该接触电位称为热电势。

温差热电势

温差电位是热电偶能够表现温度的主要原因。 温度是用于表现能量大小的一个人规定的物理量，有意义的零点，但与我们的生活大不相同，像气压一样我们平时所说的温度零度是摄氏零度，是一个人设定的零点。 测温计的信号为了再现温度，必须与基准温度进行对照。 这个标准是我们日常生活中使用的摄氏零度。

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热电偶测温组成

热电偶本身的结构简单，但要准确测温需要构建良好的测温系统，主要由热电极、套管、补偿导线三部分组成

热电极

热电极一般称为热电偶，是热电偶可以测温的核心部件。 从制造成本的观点出发，热电极的长度通常限于1米左右，但现场的测温点大多距离控制室数百米以上，因此热电偶需要连接端子，以其他形式向控制室发送信号。

热电极根据材质可以分为不同的形式，工业现场一般使用k型和e型热电偶。 k型热电偶为镍铬硅热电偶，测温范围宽，-200； <； br/>； 可在1000度以内长期使用，适应工业生产的多种情况被大量应用。 e型热电偶为镍铬合金的镍铜热电偶，使用范围比k型小-50%，为600度，但在相同温度下产生的热电势比k型大，低温时的误差相对较小，在400度左右的生产中应用也非常多。

热电极结构通常分为组装式和护套式两种。

组装式热电偶是一般的热电偶，热电极的两端使用高温绝缘陶瓷柱作为绝缘盖，防止热电偶两端短路，热电极的末端与绝缘连接端子柱连接。 该结构易于现场安装，当热电极和套管长度不同时，可根据套管长度自由切割，便于现场安装。 使用中陶瓷绝缘盖容易破损，引起绝缘不良，热电偶的两个导体也会短路，拆卸安装时请注意，尽量保证陶瓷盖的完整性。

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热电偶使用中产生的热端接触电位需要远离控制室进行温度再现，温度再现需要以基准摄氏零度为依据，但在控制室内也难以达到一定的零度的温度基准，为了保证热电势在传输中不产生温度梯度的变化畸变，将现场的热电势延长至控制室内 br/>； 温差电位延长。

温差电位

一个导体若两端的温度不同，则该导体两端的电子能量不同，温度高的电子能量向温度低的方向扩散，在高温下产生正电位，在低温下产生负电位，在电子扩散达到动平衡后形成静电场<； br/>； 温差电位。 热电偶以此原理实现了将热端温度产生的热电势延伸到控制室的目的，避免了传递中温度梯度变化产生的测量畸变。

热电偶的接触电位和温度差电位的重叠是热电偶整体的测温原理，通过将难以检测的温度物理量变更为容易进行测定处理的毫安电压信号，实现了被测定点的温度传递较远。

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套管，套管

温度是物质能量表示的物理量。 由于能量的转移扩散性，因测量点的能量不同，温度也不同，为了准确可靠地测量物质的温度，一般将测量点尽量选定在材料的中间位置。 热电偶在使用中必须深入被测设备的配管内，为了保证生产的安全，必须在热电偶上安装防护套。

安装防护套通常有螺钉安装和法兰安装两种连接方式。

螺钉安装通常应用于管道的测温。 这种优点使管道施工方便，在小管道中可倾斜安装以提高温度测量的准确性。 缺点是安全性差，用螺钉和密封垫片密封，不能在高压环境下使用。

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鞘热电偶的热电极插入细长的金属鞘管中，其中填充有高温绝缘氧化铝、氧化镁等，末端引线与端子板连接。 护套热电偶由金属外壳保护，机械强度高，可弯曲安装，绝缘不易损坏，因此被大量使用。 但是，护套热电偶的引线脆弱，断裂时难以修复，因此在处理护套热电偶时，请注意不要损坏引线。

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法兰的安装通过两法兰之间的连接实现了密封，一般用于塔式设备和高压管线的安装，但由于法兰的存在，紧固螺栓容易生锈，因此不利于拆装，只能垂直于塔式设备的管线方向进行安装，因此对流方向的安装不利于热交换

补偿导线

补偿导线是热电偶测温计特有的传输电缆。 与正常传输铜线缆不同，只要确保所传输的信号没有失真，使用补偿导线就是用于继续热电偶的温差电位的补偿线缆。 由于热电极的材质和制造成本高，将完成的数百米热电偶从现场延伸到控制室是不现实的，因此需要能够降低与现场的热电极相同温差电位的传输线路和成本的电缆<； br/>； 补偿导线。 补偿导线的使用不仅是热电极接触电位的传递，还是热电极温差电位的继续，因此与以往的铜电缆的目的不同。 为了确保补偿导线的温差电位与现场热电极的温差电位一致，传输时不得使用和误用与热电极相同类型的补偿导线。

修正导线使用注意事项

另一方面，补偿导线与铜导线不同的原因不仅在于材质不同，补偿导线的目的不仅在于补偿热电偶的热电势，还补偿传输中的温差电位。 补偿导线本身分为正极和负极两极，在现场与热电偶接线、控制室与二次计及控制系统接线时必须正确对应，不能像铜电缆那样轻易连接。

二、在传输补偿导线时应尽量不带接头，在不可避免的时候应尽量牢固接头。 由于补偿导线基本上是廉价的热电偶，所以补偿导线之间有连接器时会产生接触电位，接触点的接触电阻大时，该接触电位变大，补偿导线被引入追加的接触电位。 接触点的接触不良时，该接触电位会大幅度跳跃，引起测温变形。 同样，补偿导线和热电偶的连接端子的接线也必须良好地连接，防止接触电位的导入。

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热电偶使用中常见故障及处理

热电偶是测温系统，信号传输过程由热电极、端子、补偿导线、二次处理4个部分组成，哪个部分存在问题导致温度测量不正确。 实际使用中发生故障的现象大致分为数值大、数值小、数值跳跃、数值满。

热电极自身原因引起的故障

热电极是金属导体，中长期高温的熏烟和周围的气氛(腐蚀、水蒸气)的影响本身劣化，热电极的热电电位和温度的对应关系变化，变为温度的毫安电压对照表的偏差，产生测温误差。

热电极的插入深度不够。 该故障通常发生在新装置或装置的修理运转中，由于热电偶的安装导致套管长度不足，因此进入配管设备的距离未到达介质的中心，因此热电偶的测温端未到达温度较高的地方，因此测定温度较低。 如果热电偶的插入深度过于接近管道设备的外壁，其测温误差会进一步增大，甚至完全丧失测温的意义。

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保护套管不够长，热电极不够长就可以处理，可以找到足够长的热电极。 套管本身不够长，只有在装置停止后才能更换，因此套管的安装长度非常重要，决定热电偶的测温是否正确，但在很多情况下，热电偶的问题在于该现场套管的安装。

航站楼

从热电偶的测温原理可知，热电势的构成有接触电位和温差电位两种。 如果热电偶现场的端子与补偿导线、补偿导线与控制室二次处理计的配线接触不良发生，则在热电偶信号传输中会产生附加的接触电位，引起测温误差，如果发生配线接触不良，则也会产生测温大幅度跳跃的现象。

随着时间的延长，现场的热电偶的连接端子和补偿导线由于经年变化等接触电位变大，发生被测量温度变形或跳跃的现象，在现场重新连接补偿导线后故障消除的情况也是很多现场的仪表人员困惑的原因，为什么重新连接配线后故障消除了呢？

如果补偿导线的中间有接头，这种接触电位会对测温产生影响，因此在补偿导线的使用中不可避免地没有接头。 不仅要进行接头的接线处理，还要清楚地标记接头的位置，如果发生测温故障，要迅速找到补偿导线的接头位置进行处理，找出补偿导线引起的故障是不容易的。

补偿导线

补偿导线是与开口现场热电偶相同类型的廉价热电偶，其性能基本与标准热电偶一致。 现场使用的补偿导线形式必须与安装的热电偶一致。 这可以从补偿导线的电缆护套中找到具体形式，也可以通过补偿导线内部护套护套的颜色来识别。 如果补偿导线的使用形式不正确，则导入测温误差，现场的k型热电偶像e型补偿导线那样连接，则控制室的显示温度变高，现场的e型热电偶与k型补偿导线连接，则显示温度变低。

由于补偿导线是廉价的热电偶，其本身有正负之分，现场与热电偶的接线、控制室二次计的接线必须正确对应。 如果补偿导线的一端与热电偶或二次计的极性相反，则传递给二次计的热电势为负值，表示处理后的温度为负值或低值(配置中的较小值)。 补偿导线的现场和控制两端的极性同时相反，相当于现场的热电偶毫米波信号的线路中加入负温差电位，进入二次计的毫米波电位变小，显示温度变小。

二次处理

二次处理计将导入的毫米波安培电压信号与温度对照，进行热电偶的冷却温度补偿。 二次表结构中选择的热电偶形式与现场不一致时，其换算测量的温度会产生偏差。 如果二次计自身的测温热敏电阻测量的环境温度不正确，则换算后的现场温度也会出现偏差。 并且，如果二次计算是输出电流的温度变送器，则输出电流信号的温度范围必须与控制室内的显示结构一致。

修理热电偶时的检查

热电偶的修理通常分为热电极自身精度的校正和套管磨损检查。 热电极的校正检查虽然很重要，但是不是修理时必须要做的工作。 装置正常工作时若热电极本身发生故障，则从现场拆下进行故障诊断和校正检查。

热电偶套管的检查是修理时的重点工作，但在实际应用中很多企业都忽视了。 热电偶套管在日常使用中插入设备和配管，长期受到介质的清洗腐蚀，外壁逐渐磨损，壁厚变薄，造成穿孔断裂等极端状况。 由于热电偶套管在运行中事故较轻会引起设备停车，严重时会引起火灾事故，因此检查热电偶套管的腐蚀程度是维修的重点工作。

套管检查通常有人工肉眼检查法和打击试验法两种方法。 压力试验法用于高压加氢装置等高压装置，其热电偶套管的密封性能无法用肉眼正确判断，因此需要拆卸后使用专业的密封试验设备进行压力试验。

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生产设备不在高压环境下运行时，热电偶套管的磨损检查通常用肉眼观察法确认，该方法快速方便，但容易浪费。 现场拆除热电偶套管后，用抹布清除套管外表面的污垢后，观察套管外壁是否有明显的磨损、腐蚀、麻孔等磨损腐蚀痕迹，如果不清楚的话更换垫圈使其恢复原状，发现套管腐蚀严重时更换新套管。 通常，为了确保安全，在现场检查热电偶护套管时，如果有明显的腐蚀痕迹，更换新的护套管，确保装置运转的安全性，但也会产生一定的热电偶护套管的浪费。

温度测量范围和容许误差

热电偶种类

代号

刻度

测定范围℃

允许偏差δt℃

铂铑30-铂铑6

wrr(wrr )

乙组联赛

0~800

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

铂铑10-铂

wrp(wrp )

s

0~1600

±； 1.5℃或±； 0.25%2222

因科内尔

wrn(wrn )

K

0~1300

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

因科内尔

WRE

e

0~800

±； 2.5℃或±； 0.75%2222

总结

热电偶温度计是工业上广泛应用的温度检测仪，形式各异，但测量原理相同。 作为工作人员，如果不熟悉热电偶的测温原理，在遇到问题时就无法应对。