【摘要】在化工實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，從而科學(xué)有效地管理生產(chǎn)過(guò)程，促進(jìn)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益的提高。在化工生產(chǎn)中所使用的測(cè)溫儀器中，熱電偶高溫測(cè)量計(jì)是被使用最多的溫度計(jì)。本文從簡(jiǎn)述測(cè)量溫度的相關(guān)概念入手，探討熱電偶測(cè)溫的原理，淺談熱電偶測(cè)溫計(jì)的具體應(yīng)用情況，為我國(guó)熱電偶測(cè)溫計(jì)的改進(jìn)提供參考資料。

【關(guān)鍵詞】熱電偶測(cè)溫；相關(guān)概念；原理；選型；應(yīng)用

引言

熱電偶溫度計(jì)是化工生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)量溫度的重要儀器，所以對(duì)熱電偶測(cè)溫的研究有著重要意義。筆者簡(jiǎn)述溫度測(cè)量的相關(guān)概念，研究人電偶測(cè)量溫度的科學(xué)原理，再結(jié)合相關(guān)案例探討熱電偶測(cè)溫的具體應(yīng)用情況，改進(jìn)熱電偶測(cè)溫技術(shù)，從而推動(dòng)我國(guó)化工生產(chǎn)行業(yè)測(cè)溫技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，推動(dòng)熱電偶測(cè)溫計(jì)的應(yīng)用。

1、測(cè)量溫度的相關(guān)概念

溫度作為測(cè)量物體冷熱情況的物理量，在實(shí)際的生產(chǎn)中有著重要位置。從能量的方面而言，溫度是闡述系統(tǒng)在不同自由程度下能量分布情況的物理量；從微觀方面而言，溫度則是系統(tǒng)分子無(wú)規(guī)則性運(yùn)動(dòng)情況的標(biāo)志，高溫物體的分子平均運(yùn)動(dòng)能量較大。低溫物體的分子平均運(yùn)動(dòng)量較小。因此溫度是闡述熱能均衡系統(tǒng)冷熱情況的物理量，而用于衡量物體溫度數(shù)據(jù)的尺度就是溫標(biāo)。目前使用較為廣泛的溫標(biāo)是華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)。測(cè)量溫度的方式主要有兩種：非接觸型測(cè)量和接觸型測(cè)量。

其中接觸型測(cè)溫方式指的是把傳感器放置在和物體同樣的熱均衡環(huán)境下，使得傳感器和物體的溫度保持一致的一種測(cè)溫方式。例如：采用介質(zhì)受熱出現(xiàn)膨脹反映原理設(shè)計(jì)出來(lái)的水銀測(cè)溫計(jì)；采用物體的電氣參數(shù)會(huì)隨著溫度的變化而變化的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度，如熱敏電阻、電子形式的溫度傳感設(shè)備、熱電阻、熱電偶等。而非接觸型測(cè)溫方式指的是利用熱輻射的基本原理來(lái)完成測(cè)溫工作，測(cè)量溫度的設(shè)備不需要接觸被測(cè)對(duì)象的表面介質(zhì)；這種測(cè)溫方式利用被測(cè)對(duì)象表面的熱輻射情況和溫度之間的關(guān)聯(lián)來(lái)完成測(cè)溫工作[1]。

2、熱電偶測(cè)溫的原理

把兩種不同原材料的半導(dǎo)體或者是導(dǎo)體的一側(cè)利用焊接工藝連接在一起就組成了熱電偶；構(gòu)成熱電偶的半導(dǎo)體或?qū)w就是熱電極；焊接的一側(cè)接入測(cè)量溫度的地區(qū)就是工作端，而另一側(cè)就是冷端。在兩側(cè)溫度不同的情況下會(huì)出現(xiàn)熱電勢(shì)，其屬于溫度測(cè)量的感溫器件，將溫度信息轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，然后利用溫度儀表表現(xiàn)出來(lái)。熱電偶的溫度測(cè)量原理就是采用了熱電程度。熱電程度指的是將不同材料的金屬半導(dǎo)體或者是導(dǎo)體的兩端焊接成閉合回路的形式，在兩端溫度不同的情況下就出現(xiàn)熱電勢(shì)，從而生成熱電流。

熱電勢(shì)的具體大小情況和被焊接的材料有關(guān)，也和熱電偶兩側(cè)的溫度差存在一定的聯(lián)系。一定屬性的材料，其兩側(cè)的溫度和熱電勢(shì)之間的函數(shù)關(guān)系是固定的，利用這個(gè)函數(shù)關(guān)系能夠測(cè)量出溫度數(shù)值。隨著溫度的不斷上升，熱電勢(shì)將會(huì)不斷變大；當(dāng)溫度不斷下降時(shí)，熱電勢(shì)將會(huì)不斷減小。熱電偶的熱電勢(shì)和熱電極的直徑大小、長(zhǎng)度情況沒(méi)有任何關(guān)系[2]。

對(duì)熱電偶冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。一般情況下，熱電偶利用貴金屬等較為貴重的材料，溫度測(cè)量點(diǎn)和測(cè)溫計(jì)之間的距離過(guò)遠(yuǎn)，為了更好地節(jié)約熱電偶材料，進(jìn)一步降低成本，一般利用導(dǎo)線補(bǔ)償方式將熱電偶冷端擴(kuò)展到溫度較為平穩(wěn)的控制地區(qū)內(nèi)，并接入到溫度計(jì)端子中。此外，在利用熱電偶導(dǎo)線補(bǔ)償?shù)倪^(guò)程中必須要充分考慮到型號(hào)的對(duì)應(yīng)問(wèn)題，極性不可以出現(xiàn)接錯(cuò)的問(wèn)題，導(dǎo)線補(bǔ)償和熱電偶相連處的溫度控制在1000C以內(nèi)。熱電偶溫度測(cè)量的不足之處在于：熱電偶消耗情況較為明顯，從而導(dǎo)致維護(hù)量的增大，備用元件費(fèi)用的增加。

3、熱電偶測(cè)溫的具體應(yīng)用

筆者以攀鋼熱軋板制造廠為例對(duì)熱電偶測(cè)量溫度的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。攀鋼熱軋板制造廠的兩座加熱爐為均衡熱段平路頂、上部加熱和上部預(yù)熱段軸向提供熱能、下部側(cè)方向提供熱能、滾輪傾斜臺(tái)面形式的板坯步進(jìn)梁型加熱爐。加熱爐分為六個(gè)燃燒管理段進(jìn)行不同程度的加熱。加熱爐的各個(gè)段爐測(cè)溫量設(shè)置兩支熱電偶，利用S分度型號(hào)的熱電偶，通常情況下使用的溫度在10000C到14000C的范圍之間。熱電偶可以選擇維護(hù)方式和工作方式這兩種方案。其中維護(hù)方式指的是在任意一支熱電偶發(fā)生故障的情況下，輸入數(shù)據(jù)信息并自動(dòng)替換到另一支熱電偶；工作方式指的是根據(jù)兩支熱電偶中的選值數(shù)據(jù)來(lái)選擇并控制燃燒程度。通常情況下，溫度控制設(shè)備只能利用其中的一種熱電偶數(shù)據(jù)信息，而另外的熱電偶數(shù)據(jù)信息只能用來(lái)進(jìn)行監(jiān)控。溫度調(diào)節(jié)設(shè)備的輸出數(shù)據(jù)信息通過(guò)整理之后可以作為煤氣和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備的限定值來(lái)對(duì)空氣和煤氣閥門(mén)的開(kāi)度進(jìn)行控制，從而有效地控制加熱溫度[3]。

此外，化工行業(yè)使用熱電偶作為測(cè)溫設(shè)備，一般會(huì)用來(lái)與記錄儀器、顯示儀器等設(shè)備配套使用，從而直接用來(lái)測(cè)量在不同生產(chǎn)環(huán)境中從00C到18000C之間的蒸汽、液體、氣體、固體介質(zhì)表面的溫度。就熱電偶在化工生產(chǎn)行業(yè)的應(yīng)用情況來(lái)看主要有：裝配型熱電偶，預(yù)防爆炸的熱電偶、熱套式電偶。其中裝配型熱電偶的測(cè)量范圍比較大，使用時(shí)間長(zhǎng)、便于安全使用；預(yù)防爆炸的熱電偶具備機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度大、防爆性能良好等優(yōu)勢(shì)；熱套式電偶在測(cè)量蒸汽管道和鍋爐的溫度中有著廣泛的應(yīng)用[4]。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，熱電偶測(cè)溫在實(shí)際應(yīng)用中有一定程度的發(fā)展，但是還需要進(jìn)一步改進(jìn)，大力推廣熱電偶在化工生產(chǎn)行業(yè)中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]劉梅冬，何臘梅.淺談熱電偶測(cè)溫原理及應(yīng)用[J].攀枝花科技與信息，2010（08）.

[2]曾其勇，徐順生，姚鐘堯.熱電偶測(cè)溫原理中的基本定律[J].湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（09）.

[3]鄺勝利，王忠偉，鄭茂欣.熱電偶測(cè)溫原理及實(shí)用電路[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013（09）.

[4]胡亞真，高大路，崔云先.熱電偶測(cè)溫原理及應(yīng)用的研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2012（02）.

作者簡(jiǎn)介

劉浩 男，漢族，籍貫：山西省呂梁市離石區(qū)，工作單位：山西省呂梁市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試所，助理工程師。