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浅谈E型热电偶温度计的故障原因与解决处理

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 摘 要 介绍热电偶温度计的测温原理。对硫磺装置 E 型热电偶温度计的故障原因进行分析与处理。

 
          在工业生产过程中,温度是过程检测中最常见和最重要的工艺变量之一,对生产安全和质量有着举足轻重的影响,因此要求温度测量元件需具备较高的准确性、稳定性和可靠性。热电偶温度计因具有结构简单、使用方便和精确度高的特点,广泛应用于中高温温区的温度测量 [2] 。在硫磺装置控制系统中,根据工艺要求,采用7 支 E 型热电偶温度计和双金属温度计同时对温度进行测量,测量范围均为 0 ~1 000℃。生产过程中,DCS 控制室的温度指示应该与现场的一次仪表指示一致。然而,在实际测量过程中发现,DCS 指示与现场双金属温度计示数之间总有 6 ~8℃的偏差,而且该偏差随室外温度变化而变化。为此,笔者对硫磺装置 E 型热电偶温度计的故障原因进行了分析,并针对故障进行了相应处理。
 
1 热电偶温度计的测温原理
1.1 测温原理
          热电偶由两种不同材料的导体 A 和 B 焊接或绞接而成。使用时,将热电偶的工作端插入需要测量温度的生产设备中,冷端置于生产设备外,当两端所处温度不同时,在热电偶回路内就会产生热电势,这种物理现象即为热电效应 [1] 。热电偶回路的热电势 E AB (t,t 0 )只与热电极材料和测量端、冷端温度有关,即 E AB (t,t 0 ) =E AB (t) - E AB (t 0 )。当冷端温度 t 0 不变、两种热电极材料一定时,E AB (t 0 ) = C 为一常数,即:
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          因此,只要测出热电势的大小,就能判断被测介质温度 t 的高低。
 
1.2 补偿导线延伸冷端
          由热电偶的测温原理可知,只有在热电偶的冷端温度不变时,热电势才是工作端温度的单值函数。但由于冷端温度受环境的影响经常波动,所以需要利用补偿导线把冷端引到温度恒定的地方。
 
          补偿导线一般采用廉价金属材料制作,其热电特性在 0 ~ 100℃ 范围内和对应的热电偶几乎完全一样。因此,使用补偿导线就如同将热电偶延长,使热电偶的冷端能够延伸到距离热源较远、温度较稳定的地方。需要注意的是,不同分度号的热电偶所配的补偿导线不同。
 
2 E 型热电偶温度计故障分析与处理
2.1 故障分析
          在硫磺装置生产运行过程中发现,DCS 指示值与现场双金属温度计示数存在 6 ~8℃的偏差,并且偏差随室外温度变化而变化。由于各测温点同时出现偏差并且温度指示未出现跑最大值或指示室外温度的现象,所以首先排除现场热电偶损坏因素。检查 DCS 系统内温度补偿设定,温度补偿正常。综上,怀疑是补偿导线导致测量值存在偏差,因此对补偿导线进行检测。
 
2.2 故障处理
          首先,准备两根标准 K 型补偿导线和一根待标定 E 型补偿导线。将两根标准 K 型补偿导线绞接在一起,其中一根标准 K 型补偿导线在 0 ~100℃范围内代替热电偶作为温度的测量端插入恒温箱内;另外一端放在温度恒定的实验台上,并用一根高精度温度计监测冷端温度。用一台标准毫伏表测量 K 型补偿导线的冷端热电势。用同样的方法将待标定 E 型补偿导线与标准 K 型补偿导线绞接在一起。在恒温箱内插入一根高精度温度计,给定恒温箱一个固定温度,待恒温箱内温度达到给定温度并且稳定后,记录 E型补偿导线冷端在此温度下的热电势值。冷端温度为 20℃时得到的测量数据见表 1。
 标准 K 型和待标定 E 型补偿导线热电势
          将表 1 中的测量数据进行处理,得到的数据对比如图1所示。可以看出,待标定E型补偿导线与 K 型补偿导线的热电特性基本一致,而与 E型补偿导线的热电特性却相差很多。然而该补偿导线的电缆外层写着“E 型补偿导线”,因此可以断定,是厂家制作时错将 E 型补偿导线标成了 K型补偿导线,导致了本次故障的发生。
 测量数据对比
3 结束语
          针对硫磺装置生产过程中热电偶温度计出现的故障,通过对比实验进行了原因分析与处理,希望对仪表检修人员在处理类似实际问题时有一定的借鉴价值。
 
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