1、热电偶在电厂的应用,一、热电偶简介,在电厂的热力生产过程中，从工质到各部件无不伴有温度的变化。在火电厂中，热电偶测温和热电阻测温应用得最广，热电偶温度计一般用于测量500以上的温度。例如，电厂热力过程中的主蒸汽温度、过热器管壁温度、汽轮机高压汽缸壁温度以及高温烟气温度等，都是采用热电偶进行测温的。,二、热电偶测温原理,将两种不同的导体或半导体组成的闭合回路称为热电偶。 热电偶温度计是根据热电效应原理实现温度测量的。所谓热电效应就是用两种不同导体或半导体A 和B接成如图1所示的闭合回路时，如果A和B的两个接点温度不同（假定t t 0）则在该回路中就会产生电流,这表明回路中存在电动势，这个物理现象
2、称为热电效应或赛贝克效应。,2、热电偶是将两根不同的导体或半导体的一端焊接、绞接或粘合而成的。如图2所示,其焊接端为热电偶的热端（工作端或测量端），非焊接端为热电偶的冷端（自由端或参考端）。在进行温度测量时，将热电偶插入被测的设备或管道中，使其热端感受被测介质的温度，其冷端置于恒定的温度下，并用连接导线连接电气测量仪表。在选定了热电极材料和保持热电偶冷端温度不变的情况下，热电偶产生的热电势只随其热端温度而变化。因此，用电气测量仪表测得热电势的数值后，便可求出对应的温度数值，或者直接由电气测量仪表指示温度。,3、热电偶所产生的热电势是由接触电势和温差电势两部分组成的。接触电势是由于两种不同的金属
3、在接触时形成的。温差电势是由于金属本身两端的温度不同而产生的。因而，热电偶必须由两种不同的金属导体组成，两个接点温度也必须不同才能有电势产生，而与热电极的几何尺寸及沿热电极长度上的温度分布无关。,三、常用热电偶的种类,1、铂铑10-铂热电偶 该热电偶是一种贵重金属热电偶，正极是铂铑合金丝，负极是纯铂丝。其分度号为LB-3。由于它们的热电特性稳定，因此易于得到高纯度的材料，这种热电偶的复现性好，测量精度高，一般用于精密测量或标准室作为基准热偶。它的物理、化学性质稳定，有良好的高温抗氧化性，长期使用可用测量1300以下的温度。缺点是热电势小，热电特性是非线性的，且价格昂贵。,2、镍铬-镍硅热电偶
4、该电偶正极是镍铬，负极是镍硅，分度号为K。目前我公司四台机组全部使用该分度热偶。优点是热电势较大，热电势与温度之间的线性度好，测温范围广，其成本低，它是目前工业中应用得最广的一种热电偶，长期使用的最高温度为1000，短期使用温度可达1200，缺点是它在还原介质中容易被腐蚀，此时只能测量500以下的温度。,3、镍铬-铜镍（康铜）热电偶 该电偶正极是镍铬，负极是铜镍（康铜），分度号为E。优点是热电势大，测量灵敏度高，价格便宜以及低温性能好等。其缺点是不能测高温，因为负极铜镍（康铜）合金在高温下易氧化变质，所以长期使用时测温上限为600，短期使用可达800。,四、热电偶的类型及结构,热电偶通常都由热
5、电极、绝缘材料、保护套管和接线盒等主要部分构成。其类型有普通型热电偶、铠装热电偶和热套式热电偶等。目前,姚电公司四台机组中普通型热偶都已取消，大多安装的都是铠装和热套式热偶,铠装热电偶具有测量端热容量小、热惯性小、反应快，挠性好，机械性能好，耐压、耐强烈震动和冲击等特点，又可根据需要来选用其长度，而且可安装在狭小的、需要弯曲敷设热电偶的测温部位，能适应复杂结构上的安装要求。已生产镍铬镍硅、镍铬考铜和铂铑铂、铂铑铂铑铠装热电偶，该热偶的外径由mm到.mm，其长度可达m以上。,热套式热电偶是采用了锥形套管、三角锥面支撑和热套保温的焊接式安装结构。这种结构形式既保证了热电偶的测温精度和灵敏度，又提高
6、了热电偶保护套管的机械强度和热冲击性能，能在高温、高压、大流量的介质中安全可靠地工作。目前国内生产两种类型，一种是热电偶热端与不锈钢焊在一起的接壳式，另一种是热电偶热端与不锈钢外壳绝缘的绝缘式。,五、热电偶的基本定律及应用,利用热电偶测温时，在热电偶回路中必然要接入与热电极材料不同的连接导线和测量仪表。因此，由热电偶的测温原理可以引出和证明热电偶三条基本定律 。,1. 均质导体定律 凡是由一种均质导体或半导体组成的闭合回路，不论导体或半导体的截面、长度和各处的温度分布如何，都不会产生热电势. （1）任何热电偶都必须用两种性质不同的热电极构成。 （2）热电偶所产生的热电势仅与热电极材料的性质及两
7、个接点的温度有关，而与热电极的几何尺寸及沿热电极的温度分布无关。,（3）如果热电极材料的性质不均匀，当沿热电极的温度分布情况不同时，将会产生无法确定的附加热电势。可用来检查热电极材料的不均匀性,以衡量热电偶的质量,即将被检查的热电极构成闭合回路并局部加热,若有热电势输出,则表明该热电极材料不均匀.,中间导体定律 在热电偶回路中接入第三、第四、 种均质导体后，只要中间接入的导体两端温度相同，就不会影响热电偶的热电势。 根据中间导体定律，只要保证连接导线、显示仪表等接入热电偶回路的两端温度相同，就不会影响热电偶回路的总热电势。热电偶的焊接点也相当于第三种导体，只要它与两电极接触良好、两接点温度一致
8、，也不会影响热电偶回路的热电势。因此，可用来测量液态金属或金属壁温度。,中间温度定律 热电偶在接点温度为t 1、t3时的热电势，等于热电偶在接点温度分别为t1、t2和 t2、t3时热电势的代数和，即 AB (t 1,t3)=AB (t1, t2 )+E AB (t2, t3) 1.为制订和使用热电偶分度表奠定了理论基础。因为热电偶分度表给出了当冷端温度为0时的热电势与热端温度的关系，根据中间温度定律，便可计算出冷端温度不为0时的热电势。 2.为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。,六、热电偶冷端温度的修正,根据热电偶的测温原理可知，当热电偶的材料选定后，其热电势只与热电偶两端温度有关。而且只
9、有在冷端温度恒定的情况下，热电势才能正确反映热端温度大小。此外，各类热电偶及其配套仪表又是在冷端温度为0时进行分度的。然而在实际应用时，热电偶的冷端暴露在空间，受周围环境温度变化的影响较大，冷端温度又难以恒定，更难保持在0。,当冷端温度高于0时，热电偶输出电势将减小，给测量带来误差。因此只要冷端温度不为0，就必须对热电偶的冷端温度进行修正或补偿，从而消除冷端温度变化对测量的影响。一般采用计算修正法、调整仪表的机械零点法、恒温法、补偿法、多点测量的热电偶冷端补偿法对热电偶冷端温度进行修正或补偿。,七、热电偶的校验,在热电偶安装前，对用于主要测点的热电偶必须进行校验，以确定是否合格。热电偶校验前应作外观检查。要求其热端焊接牢固、表面光滑、无气孔等，热电极不应变脆或产生斑点，贵重金属热电极应无变色或发黑现象，廉价金属热电极应无严重腐蚀等缺陷。,校验采用示值比较法，即比较标准热电偶与被校热电偶在同一温度点的热电势差值。对于廉价金属热电偶在以上使用时，应增加校验点，校验时可在水槽或油槽中与标准水银温度计进行比较。以上各点的校验是在管形电炉中与二等或三等标准铂铑铂热电偶进行比较，用直流电位计测量热电偶热电势值。,
