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        熱電偶在寶鋼“2030 新增冷軋連退工程”中安裝實(shí)例

        2012-08-29 06:35:14牛向榮
        科技視界 2012年18期
        關(guān)鍵詞:測量誤差熱電偶儀表

        牛向榮

        (中冶天工上海十三冶建設(shè)有限公司 中國 上海 201999)

        0 引言

        熱電偶作為工業(yè)測溫中最廣泛使用的溫度傳感器之一,由于其無法替代的優(yōu)點(diǎn)成為工廠里常用的溫度測量儀表。 與鉑熱電阻一起,約占整個(gè)溫度傳感器總量的60%,熱電偶通常和顯示儀表等配套使用, 直接測量工廠生產(chǎn)過程中-40~1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

        熱電偶因其結(jié)構(gòu)簡單,往往被誤認(rèn)為“熱電偶兩根線,接上就完事”,其實(shí)并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)雖然簡單,但在使用中仍然會出現(xiàn)各種問題。 例如:安裝或使用方法不當(dāng),將會引起較大的測量誤差,甚至檢定合格的熱電偶也會因操作不當(dāng),在使用時(shí)不合格,在滲碳等還原性氣氛中,如果不注意,K型熱電偶也會因選擇性氧化而超差。

        為了提高測量精度,減少測量誤差,延長熱電偶使用壽命,要求使用者不僅應(yīng)具備儀表方面的操作技能,而且還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識。本文根據(jù)寶鋼“2030 新增冷軋連退工程”爐內(nèi)熱電偶安裝的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),主要針對連退工程爐區(qū)熱電偶安裝基本注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述,為以后類似的安裝提供參考。

        1 熱電偶概念及工作原理

        1.1 熱電偶概念

        熱電偶是一種感溫元件,屬于一次儀表,它直接測量溫度,并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號,通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。 工業(yè)測溫用的熱電偶,其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。 兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端。

        1.2 熱電偶工作原理

        熱電偶有B、S、K、T、E 等多種分度號,在實(shí)際應(yīng)用中,首先必須選用與熱電偶相配套的補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶冷端延伸到控制室,然后再與變送、顯示、記錄、調(diào)節(jié)儀表或數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備相連,系統(tǒng)原理框圖如圖所示。

        熱電偶測溫的基本原理是工作端與自由端組成閉合回路,當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí),回路中就會有電流通過,此時(shí)兩端之間就存在熱電動勢,測得熱電動勢后,即可知道被測介質(zhì)的溫度。

        2 熱電偶正確安裝的意義

        寶鋼“2030 新增冷軋連退工程”中,為了保證工藝所需的退火周期,更好的清除帶鋼應(yīng)力,在整個(gè)退火機(jī)組中退火爐中各種檢測和控制儀表的工藝參數(shù)尤為重要, 主要包括:退火爐爐內(nèi)溫度監(jiān)視,溫度調(diào)節(jié)控制輸出上下限幅,各段爐溫控制自動啟動/停止等。 加熱爐段設(shè)置了108 套熱電偶,均熱爐段中設(shè)置有12 套熱電偶。 該工程選用的是法國進(jìn)口的熱電偶。 在爐內(nèi)每一列輻射管中有兩根輻射管配備熱電偶,用于控制及安全預(yù)警。 兩根熱電偶的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)中較高的參與閉環(huán)控制,當(dāng)其中一根損壞時(shí),將發(fā)生報(bào)警,同時(shí)可以利用另一根繼續(xù)生產(chǎn)。 熱電偶安裝的形式是金屬軟管型,螺絲固定于相應(yīng)的輻射管上。

        正確安裝熱電偶不但可以準(zhǔn)確測量到溫度的數(shù)值,保證產(chǎn)品合格,而且還可節(jié)省熱電偶的材料消耗,既節(jié)省資金又能保證產(chǎn)品質(zhì)量。 如果熱電偶安裝不正確,熱導(dǎo)率和時(shí)間滯后等問題出現(xiàn),給測量過程帶來了主要誤差,不能反映爐膛的真實(shí)溫度。

        Stein-heurtey 爐區(qū)控制系統(tǒng)采用了西門子PS7 的控制系統(tǒng),帶鋼規(guī)格、溫度和機(jī)組速度控制爐內(nèi)溫度直接參與生產(chǎn)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制,很顯然帶鋼溫度測量直接影響著該系統(tǒng)工業(yè)自動化儀表檢測與控制系統(tǒng)的工作,是整個(gè)生產(chǎn)控制過程的重中之重。

        3 熱電偶安裝原則

        熱電偶安裝位置的選擇是特別重要的,從生產(chǎn)工藝角度出發(fā),測溫點(diǎn)一定要具有典型性和代表性,必須能準(zhǔn)確反映該工藝參數(shù)真值的大小,否則將失去測量與控制的意義。

        熱電偶安裝通常應(yīng)把握以下這幾點(diǎn)原則:

        3.1 熱電偶應(yīng)安裝在溫度較均勻且能代表待測工作溫度的地方,盡可能靠近所要測的溫度控制點(diǎn)。

        3.2 熱電偶的安裝應(yīng)盡可能避開強(qiáng)電場和強(qiáng)磁場,應(yīng)遠(yuǎn)離儀表電源及動力電纜或采取相應(yīng)的屏蔽措施,以防止由于外來因素干擾而造成測量誤差。

        3.3 熱電偶熱端與被測介質(zhì)應(yīng)充分接觸,不能裝在被測介質(zhì)很少流動的區(qū)域內(nèi)(對流動介質(zhì)而言)。

        3.4 熱電偶冷端盡量避免溫度過高(一般不應(yīng)超過100℃)。在高溫下使用的熱電偶,爐內(nèi)溫度測量的介質(zhì)為氣態(tài),保護(hù)管表面沉積的灰塵等將容易燒熔在表面上,使保護(hù)管的熱阻抗增大。

        3.5 熱電偶不應(yīng)裝在太靠近爐門或者加熱的位置,插入的深度至少應(yīng)為保護(hù)管直徑的8~10 倍; 熱電偶的保護(hù)套管與爐壁間的間隔未填絕熱物質(zhì)致使?fàn)t內(nèi)熱溢出或冷空氣侵入,因此熱電偶保護(hù)管和爐膛壁孔之間的空隙應(yīng)用耐火泥或石棉繩等絕熱物質(zhì)堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準(zhǔn)確性;熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃。

        4 熱電偶安裝注意事項(xiàng)

        4.1 電極絕緣問題

        除熱端接點(diǎn)外,電極的其它部分應(yīng)嚴(yán)格絕緣,如果絕緣不好或短路,將會引起測量誤差甚至不能測量。 安裝和使用時(shí),應(yīng)檢查熱電偶兩電極間的絕緣材料(如普通型的陶瓷管)是否完好。

        4.2 與補(bǔ)償導(dǎo)線的連接

        熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的連接應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

        1)補(bǔ)償導(dǎo)線型號與熱電偶的分度號必須對應(yīng),絕不能用錯(cuò)。

        2)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的兩連接點(diǎn)的溫度應(yīng)相同,且不得超過規(guī)定的使用溫度(普通型小于100℃,耐熱型小于200℃)。

        3)補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶都有正負(fù)極之分(可根據(jù)電極硬度、電極顏色或絕緣層顏色來區(qū)分),連接時(shí)極性不能接反,否則將產(chǎn)生反補(bǔ),使測量誤差大大增加。

        4.3 熱阻抗的影響

        熱電偶因保護(hù)套管外表面附著灰分和氧化物產(chǎn)生的熱阻抗不僅會增加熱電偶的響應(yīng)時(shí)間,使其反應(yīng)滯后,同時(shí)還會使示值偏低,必須重點(diǎn)考慮,尤其是水平安裝的熱電偶。 在使用過程中,應(yīng)根據(jù)環(huán)境狀況定期檢查并清理,以保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔。

        4.4 熱電特性變化的影響

        熱電偶經(jīng)長期使用后,熱電極會出現(xiàn)被腐蝕、氧化或晶格不均勻等現(xiàn)象,這將導(dǎo)致其熱電特性發(fā)生變化,如變化顯著,則會嚴(yán)重影響其示值準(zhǔn)確性。 解決這一問題的主要辦法就是保護(hù)好熱電偶接線盒,使接線盒的出線口和蓋子都由橡膠墊片進(jìn)行密封,防止丟失和損壞,這將會有效減緩熱電特性發(fā)生變化的速度。

        5 測量誤差的分析與調(diào)整

        5.1 絕緣變差而引入的誤差

        如熱電偶絕緣了,保護(hù)管和拉線板污垢等過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良,在高溫下更為嚴(yán)重,這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾,由此引起的誤差有時(shí)可達(dá)上百度。

        5.2 熱惰性引入的誤差

        由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化,在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。 由于存在測量滯后,用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。 測量滯后越大,熱電偶波動的振幅就越小,與實(shí)際爐溫的差別也就越大。

        5.3 熱阻誤差

        高溫時(shí),如保護(hù)管上有一層煤灰,塵埃附在上面,則熱阻增加,阻礙熱的傳導(dǎo),這時(shí)溫度示值比被測溫度的真值低。 因此,應(yīng)保持熱電偶保護(hù)管外部的清潔,以減小誤差。

        6 結(jié)語

        本文以連退工程爐區(qū)熱電偶的安裝為例,主要闡述了熱電偶安裝的基本注意事項(xiàng),嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書及安裝原則正確地安裝熱電偶,確保生產(chǎn)過程中的溫度測量精度及使用壽命。 在以后的工程中把積累的經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到實(shí)際安裝中,同時(shí)再進(jìn)一步積累總結(jié),使所安裝的設(shè)備測量精度更準(zhǔn)確地參與工業(yè)自動化儀表檢測與控制, 從而更好地滿足生產(chǎn)的要求。S

        [1]段亞博.幾種常見工業(yè)用熱電偶的選用與安裝[J].計(jì)量與測試技術(shù),2006,09.

        [2]李忠虎.熱電偶應(yīng)用問題綜述[J].工業(yè)計(jì)量,2007,02.

        [3]張躍林,田建國,馮磊.熱電偶的使用與安裝技術(shù)要求[J].計(jì)量與測試技術(shù),2009,08.

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