火力發(fā)電廠熱電偶測(cè)溫的誤差分析

摘要:熱電偶是火力發(fā)電廠最常用的測(cè)溫元件,參數(shù)測(cè)量事關(guān)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。火力發(fā)電廠熱電偶盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用中仍然會(huì)產(chǎn)生較大測(cè)量誤差。通過(guò)對(duì)熱電偶測(cè)溫精度的分析,了解掌握誤差產(chǎn)生的原因,從而對(duì)這些引溫誤差的因素和對(duì)熱電偶測(cè)溫元件的特性有一定的了解,通過(guò)采取必要的措、施,有些誤差是可以避免和減小的，這對(duì)提高測(cè)量精度,延長(zhǎng)使用壽命。
1熱電偶測(cè)溫誤差分析及預(yù)防措施
1.1沿測(cè)溫元件導(dǎo)熱引起的誤差
1.1.1引起誤差的主要原因有以下三個(gè)方面:①測(cè)溫管段向外散熱。②熱電偶插人深度。③熱電偶的壁厚熱電偶的材料。
1.1.2針對(duì)以上問(wèn)題可采取的措施:①對(duì)外露部分進(jìn)行保溫,減小管外換系數(shù)。②增加熱電偶插人深度,減小測(cè)溫管尺寸,即管徑要細(xì),壁要薄,但與測(cè)溫管的強(qiáng)度和壽命有矛盾,因此測(cè)溫管多采用陶瓷、不銹鋼材料以降低磨損.③為增加熱系數(shù)選擇測(cè)溫點(diǎn)時(shí),要盡量選在管道液體速度較大的地方。
1.2熱輻射弓起的誤差
1.2.1誤差原因:在測(cè)量中被測(cè)容器壁溫度常與介質(zhì)溫度不致,例如測(cè)量鍋爐爐膛溫度時(shí),爐壁溫度要低很多,熱電偶要比器壁溫度高很多,因此它們之間將發(fā)生輻射換熱,在測(cè)量較高溫度時(shí),這項(xiàng)誤差要比導(dǎo)熱誤差大很多,被測(cè)介質(zhì)溫度越高,誤差也越大。
1.2.2為了正確測(cè)定溫度,可以采取以下措施:①在測(cè)溫元件外部加同溫屏蔽罩。使測(cè)溫元件不直接與器壁進(jìn)行輻射換熱,而只與其溫度接近的屏蔽罩進(jìn)行輻射換熱,從而減小測(cè)量誤差。②增加氣流和測(cè)溫元件之間的對(duì)流換熱系數(shù)。由傳熱學(xué)知道,氣流速度越大,對(duì)流換熱系數(shù)越大。因此要將測(cè)溫元件插到氣流速度最高的地方,或用其他措施來(lái)提高氣流速度，目標(biāo)前用得最多的是抽氣熱電偶。③測(cè)溫元件的套管盡量用黑度系數(shù)小的材料或拋光表面。
13熱慣性引起的誤差
1.3.1誤差原因:用熱電偶測(cè)量快速變化的溫度時(shí)，由于測(cè)溫元件熱慣性的影響,其溫度變化跟不上被測(cè)對(duì)象的變化，此時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。例如,當(dāng)被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生階躍變化時(shí),熱電偶的溫度變化是逐漸的,經(jīng)過(guò)--段時(shí)間才能達(dá)到新的平衡對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的被測(cè)溫度，動(dòng)態(tài)誤差的出現(xiàn)更為頻繁。
1.3.2為了改善動(dòng)態(tài)誤差,縮短遲滯,減小動(dòng)態(tài)誤差,可采用下面辦法:
①減小熱電偶測(cè)量端的體積以減小測(cè)量端的熱容。②選用比熱小，導(dǎo)熱好的套管材料，在保證強(qiáng)度下使套管壁厚較小,使測(cè)量端緊靠套管端部或在兩者之間填充-些導(dǎo)熱好的材料,或?qū)y(cè)量端直接焊在套管端部甚至不用套管使測(cè)量端裸露,這樣能減小熱量傳遞中的熱阻。③增大測(cè)量端與被測(cè)介質(zhì)的接觸面積以增大傳熱系數(shù),但要僅僅是增大測(cè)量端的面積而不增大體積。
1.4熱電偶對(duì)被測(cè)溫場(chǎng)的影響引起的誤差
1.4.1誤差原因:在采用接觸法測(cè)溫時(shí),由于熱電偶的置入或接觸,對(duì)被測(cè)溫場(chǎng)產(chǎn)生影響而引起誤差。例如用接觸法測(cè)量薄金屬板的溫度,而物體的表面溫度測(cè)量較多的是采用熱電偶,這是因?yàn)闊犭娕加休^寬的測(cè)溫范圍,較小的測(cè)量端，能測(cè)量‘點(diǎn)"的溫度，而且測(cè)量的精度較高。但是由于熱電偶結(jié)點(diǎn)接觸于表面,熱量必然要沿?zé)犭娕紝?dǎo)出,使熱電偶與表面接觸處溫度低于表面溫度這個(gè)誤差稱為熱電偶導(dǎo)熱誤差。其次，由于熱電偶的熱電勢(shì)值決定于接點(diǎn)的溫度，它和表面溫度有個(gè)差值,這個(gè)誤差稱為熱電偶的接點(diǎn)導(dǎo)熱誤差,它的大小與熱偶絲的直徑熱電偶測(cè)量端的接觸形式、被測(cè)表面的導(dǎo)熱能力等有關(guān)。
1.4.2為了減小熱電偶導(dǎo)熱誤差,可以采用下面一些辦法:①在保證強(qiáng)度條件下,盡量減小熱電偶絲直徑;②增大熱電偶測(cè)量端與被測(cè)表面的接觸面積;③為了減小熱電偶絲與周圍介質(zhì)的對(duì)流換熱，選擇熱電偶的地方應(yīng)避開(kāi)氣流。
1.5熱電勢(shì)比實(shí)際值偏小
1.5.1熱電極短路或氧化變質(zhì)
15.1.1有的熱電偶使用工況比較惡劣，氧化鋁絕緣子接觸到一些低熔點(diǎn)或含鐵含碳雜質(zhì),導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低;有的現(xiàn)場(chǎng)水汽較大,導(dǎo)致熱電偶受潮;有的是用不當(dāng)致使電極在高溫下氧化變質(zhì);這些因素都會(huì)使測(cè)量電壓值降低。
1.5.1.2查找原因,對(duì)癥處理:①如因潮濕所致,需進(jìn)行千燥;②如因絕緣子損壞所致,則需更換絕緣子;③如因熱電極氧化變質(zhì),在長(zhǎng)度允許的情況下,根據(jù)變質(zhì)部位剪去變質(zhì)段或重新焊接;④如因接線柱處積灰等,則清掃積灰。
1.5.2補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣降低
1.5.2.1原因:①最常見(jiàn)的是靠近接線盒部位,溫度高,表面看不出問(wèn)題,實(shí)際上,補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣膠已經(jīng)在高溫下部分碳化,絕緣強(qiáng)度極低,甚至短路;②使用年限過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)線老化;③機(jī)械損傷,致使導(dǎo)線絕緣層受到破壞。
1.5.2.2查找原因,對(duì)癥處理:①如果損傷較重,或是導(dǎo)線老化,重新更換新的補(bǔ)償線;②如果損傷段較小，則做相應(yīng)包扎處理即可。
1.5.3補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反。因補(bǔ)償導(dǎo)線在一-定范圍內(nèi)的熱電性能與熱電偶是一樣的,如極性接錯(cuò)會(huì)增大熱電偶的冷端誤差,造成測(cè)量偏差。
1.5.4補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)不對(duì)，不同型號(hào)的熱電偶要配用相應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線,如果用錯(cuò)了補(bǔ)償導(dǎo)線,將會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。如補(bǔ)償導(dǎo)線的分度和極性不明，可以將兩個(gè)線芯的端頭擰在一起浸人沸水中,另--端接該分度的顯示儀表,應(yīng)顯示100攝氏度左右,說(shuō)明分度號(hào)對(duì)的,如相差較遠(yuǎn)則是分度號(hào)錯(cuò)了?？梢杂眠@種方法進(jìn)行型號(hào)判斷。
1.5.5冷端環(huán)境溫度不穩(wěn)定
　　使用補(bǔ)償導(dǎo)線的作用，除了能節(jié)省大量的價(jià)格較貴的金屬和便于安裝和線路敷設(shè)外,還有一個(gè)更重要的作用,那就是將熱電偶的參考端從高溫處延長(zhǎng)到環(huán)境溫度相對(duì)穩(wěn)定的地方,如果所選環(huán)境溫度不穩(wěn)定,不斷波動(dòng)的話,也將會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。
1.5.6溫度補(bǔ)償電阻誤差
　　冷端環(huán)境溫度-般采用溫度補(bǔ)償電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，如果此電阻測(cè)量溫度精確度不高,或是線性度不好,也將會(huì)產(chǎn)生欠補(bǔ)償或者過(guò)補(bǔ)償，帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。
1.6未根據(jù)測(cè)量工況,合理選用熱電偶
　　熱電偶有貴金屬與賤金屬之分。同貴金屬熱電偶相比,賤金屬熱電偶具有靈敏度高，熱電特性近似線性,可在還原性氣氛中使用,但抗氧化耐腐蝕性欠佳，熱電極均勻性差,高溫穩(wěn)定性差壽命短。貴金屬的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)正好與賤金屬相反。在高溫下其熱電特性較為穩(wěn)定,長(zhǎng)期使用的最高溫度可達(dá)1600℃,短期使用溫度可達(dá)1800C,但價(jià)格偏高。對(duì)于這種情況,應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況要求選擇相應(yīng)材料的熱電偶。
2結(jié)論
　　通過(guò)對(duì)熱電偶測(cè)溫方法及誤差來(lái)源的分析，對(duì)熱電偶測(cè)溫元件引起誤差的因素有了系統(tǒng)認(rèn)識(shí)。熱電偶的不穩(wěn)定性、不均勻性都會(huì)引起測(cè)量誤差,熱傳導(dǎo)以及熱電偶安裝使用不當(dāng)也會(huì)引起測(cè)量誤差，另外有一些誤差是由于制造過(guò)程或是測(cè)量系統(tǒng)及儀器本身存在的誤差,有些則是人為造成的。熟知這些引起測(cè)溫誤差的因素和熱電偶測(cè)溫元件的特性，可以避免和減小有些誤差。對(duì)提高測(cè)量精度,延長(zhǎng)熱電偶使用壽命有一定幫助。