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熱電偶溫度傳感器是一對不同的金屬，它們在一端連接，在另一端互相電隔離。它產生一個小的電信號，可以用來監(jiān)測溫度。人們普遍認為，電動勢(電場和磁場)是在兩種金屬交界處熱電偶的頂端或熱端產生的。這種觀點是完全錯誤的。EFM 并不局限于頂端，而是分散在每條腿的長度。在熱電偶中產生的總電動勢是兩腿電動勢之間的區(qū)別。這是由于塞貝克系數(shù)的金屬或合金使用。(塞貝克效應是指兩種不同的導電體或半導體之間的溫差產生兩種物質之間的電壓差。這可以應用于熱電轉換能量轉換。塞貝克效應是在1821年由托馬斯 · 塞貝克發(fā)現(xiàn)的。這個系數(shù)用來測量電子如何與環(huán)境，金屬晶格耦合，在更大的尺度上，與晶粒結構耦合。

 

它對金屬的化學和物理特性的變化很敏感，如果金屬受到污染、氧化、過濾或熱處理，它就會發(fā)生變化。由于所有這些過程都依賴于溫度和熱電偶，因為它的使用，經歷不均勻的溫度場，塞貝克系數(shù)將有不均勻的變化，因此熱電偶輸出。這樣導線就獲得了熱電印記或“簽名”。環(huán)境的任何變化都會影響熱電偶的輸出。一個典型的變化是浸沒深度。由于減少浸入深度而導致熱電偶輸出的變化可能是相當大的。例如，一個24 AWG 鎳基熱電偶在16小時內只漂移約1 °c，而同時監(jiān)測1000 °c 的溫度，但是，如果其浸入深度減小，輸出可能進一步改變15 °c。因此，建議將熱電偶安裝在固定的位置。

 

什么是熱電偶結？熱電偶溫度傳感器有兩個結，一個是熱結，其中不同的金屬連接在一起，另一個是冷結。這個冷接頭參照零攝氏度。熱電偶溫度傳感器的輸出取決于所用金屬的類型。有國際表，這是用來確定不同類型的熱電偶溫度傳感器在不同溫度下的電動勢值。發(fā)生的一個問題是，冷端通常是在零度以外的溫度。假設我們希望用伏特計測量毫伏輸出，用玻璃溫度計測量冷端溫度，從而確定一個過程的溫度。如果我們有一個9.340 mV 的信號輸出和27 °c 的冷端溫度，9.340 mV 的值不應該直接輸入?yún)⒖急恚驗樗遣贿m當?shù)?。如果我們這樣做，它將讀取300攝氏度，如果加上冷端溫度，這是一個常見的概念，那么溫度將達到327攝氏度?，F(xiàn)在讓我們把這個結果與正確的結果進行比較。測量值為9.340 mV，為300 o c 到27 o c 的溫度梯度。缺少的是從27攝氏度到0攝氏度的梯度，即0.712 mV。因此，正確的 mV 輸出是9.340 + 0.712，等于10.052 mV。當我們查看表格時，我們讀到的溫度是320攝氏度——相差7攝氏度。

 

在熱電偶的制造過程中，必須注意確保不存在污染物，在 MIMS 的情況下，在熱電偶密封之前不存在水分。為了確保在焊接過程中不會產生污染物，使用了 TIG 焊接技術。通過使用氬氣保護，可以實現(xiàn)無氧焊接，確保不會發(fā)生結垢和氧化。如果正在制造 MIMS 熱電偶，用與外殼相同的材料焊接熱電偶也是很好的做法。通過將熱電偶放入烘箱或用氧氣炬加熱熱電偶以確保氧化鎂絕緣層中的任何水分已被排除，可以消除水分。這些技術用于熱接頭。此外，冷端亦須加以保護，以防污染物進入，即冷端應放置在合適的圍封內，以防止外來氣體、顆粒和水分進入。

 

基本上有三種類型的熱接頭: •暴露•接地•不接地

 

熱接點的選擇將取決于熱電偶的響應、污染危險、物理約束和電接地的考慮。

 

基本金屬熱電偶基本金屬熱電偶是由基本金屬元素合金(鐵，銅和鎳)。符合 ANSI 標準的基本金屬熱電偶有 e，j，k，n & t，通常用于1200 °c 以下的溫度。

 

稀有金屬熱電偶這些熱電偶通常被稱為“貴金屬”熱電偶，通常用于由鉑和/或鉑合金制成的導體的熱電偶。它們主要由 b 型、 r & s 型組成，通常用于1200 °c 以上的高溫應用。

 

礦物絕緣熱電偶在護套材料和整體護套/元件組合方面的發(fā)展允許使用 k & n 熱電偶以獲得更高的溫度。礦物絕緣熱電偶可歸類為現(xiàn)代發(fā)展。礦物絕緣金屬護套(MIMS)熱電偶于50年前問世，為測溫行業(yè)帶來了革命性的變化。它提供了一個緊湊的設計，其中元素是包裝在一個保護性的環(huán)境。

 

熱電偶溫度傳感器基本原理

 

熱電偶溫度傳感器使用年限

 

有用的熱電偶壽命是一個非常困難的預測，即使大多數(shù)細節(jié)的應用是已知的。不幸的是，這樣的信息往往很難確定。對于任何應用程序來說，最好的測試是安裝單元、使用和評估被認為可能成功的設計的在用性能。熱電偶類型說明中列出的建議和非建議是在首次選擇要安裝到過程中的組裝樣式時開始的好地方。

 

熱電偶溫度傳感器偏移和漂移

 

穩(wěn)定性

 

所有的熱電偶都受到校準漂移與使用，這只是問題的多少，多快可能會發(fā)生。熱電偶的性能嚴重依賴于整個電路長度上物理和化學性質的絕對均勻性。當生產熱電偶材料時，要采取仔細的步驟以確保達到這種均勻性(或均勻性)。在使用過程中，電路的不同部分會經歷不同的熱、化學暴露等條件，因此，這些部分的物理結構和組成會從原始熱電偶線發(fā)生變化。

 

由于給定溫差所產生的熱電動勢對導線的化學和冶金性能的變化很敏感，所以在相同的條件下，使用過的探頭所產生的總電動勢可能不同于其他相同的新探頭。在可觀察的時間內，這些變化通常很小(通常小到可以忽略不計)。但在不利的條件下，有可能實現(xiàn)大的漂移速度迅速。

 

為了實現(xiàn)長期可靠的熱電偶壽命，通常的策略是在最高溫度下舒適地操作設備，并為其提供盡可能干凈的工作環(huán)境。外殼，例如護套、保護管和溫度計套管，是控制熱電偶本身周圍環(huán)境的常用方法。

 

會出什么問題

 

保護管，護套，甚至溫度計套管，都可能因為腐蝕或機械損壞而失效。加工過程可能會超過溫度，使熱電偶暴露在高于預期溫度的環(huán)境中。如果控制一個過程的傳感器的輸出偏低，該過程響應其控制器，結果可能被迫達到高于預期的溫度。賤金屬組件容易受到少數(shù)化學劑的攻擊。它們也可以被不利的操作條件所改變。在供貨的情況下，質量好的貴金屬熱電偶絲雜質含量很低。因此，它很容易受到能夠影響其熱電性能的污染。鉑對自由硅的存在特別敏感，它可以與自由硅結合形成共晶合金，在正常使用溫度或低于正常使用溫度時熔化。高純度絕緣子和貴金屬組件的保護管，以及在操作過程中注意清潔，對于防止這種情況的發(fā)生至關重要。

 

人為錯誤也可能是一個影響因素?？刂瓶赡茉O置不當，連接可能不正確，以及不適當?shù)男袆禹憫牟僮鳁l件可能是錯誤的。儀器儀表的補償校正是對付這類錯誤的常用手段。

 

熱電偶溫度傳感器故障排除

 

方法

 

要評估問題，請檢查系統(tǒng)性能是否符合條件: 控件中的更改是否產生邏輯結果？產品怎么樣？它的狀況是否符合儀器的說明？

 

如何測試用過的熱電偶溫度傳感器

 

首先，將可疑的熱電偶從服務中移出并在另一個地方進行“測試”并不總是實際可行的。一旦設備被使用，就意味著它可能不再是同質的。將一個不均勻的熱電偶置于一組不同的溫度梯度之下，即使只是略有不同，也會導致不同的輸出和讀數(shù)。重新校準一個使用過的熱電偶肯定會產生一個數(shù)字，但這個數(shù)字在熱電偶的使用場所可能是沒有意義的。

 

評估使用過的熱電偶最好的方法是通過放置一個已知輸出的新熱電偶來“探測”其位置，并在操作過程中放置可疑的熱電偶，然后比較讀數(shù)。如果同時安裝兩個傳感器是不實際的。取出可疑探頭，換上另一個已知性能良好的探頭。然后，如果好的探針和被移除的探針放在同一個地方，而且在交換過程中過程沒有改變，就可以比較兩個探針的讀數(shù)。

 

注意，沒有必要為這些測試保留和使用無限量的新探測器。一些合適的替換設備可以保持可用，選擇一個進行測試使用。在正常情況下，熱電偶的漂移，或降解，是一個漸進和非常緩慢的過程。因此，一個單一的替換探針可以多次使用來探測一個過程，并被認為是可靠的多次重復測試。而且，當一個漂移的探測器被發(fā)現(xiàn)時，測試探測器可以簡單地作為一個工作傳感器留在原地，而下一個替代品則成為測試設備。

 

系統(tǒng)測試

 

一個有用的儀器故障排除熱電偶系統(tǒng)是一個便攜式溫度指示器。許多這樣的設備可以使用兩種或更多不同的熱電偶類型，還有一些提供輸出功能，可以產生電輸出來模擬在任何選擇的溫度下運行的熱電偶。

 

在使用中，儀器通常連接到電路的導線上，在某個方便的接入點進行測試，例如在連接頭上。應該注意確保保持正確的極性。在澳大利亞，我們使用 ANSI 顏色代碼，其中負片總是紅色。在那里，一個操作傳感器的輸出可以被監(jiān)視和評估。或者，利用儀器的“輸出”功能，一個模擬熱電偶信號可能被發(fā)送回電路的永久指示器或控制器，以驗證其余電路的正常運行。當將信號驅動回儀器時，通常需要斷開電路的一側，以避免熱電偶本身的低電阻“加載”便攜式測試儀。

 

熱電偶電路中的延長接線部分也可以用便攜式測試儀檢查是否連接正確。正在測試的部分應該與回路的其余部分電氣隔離，并且一對延長線的一端應該短路在一起。如果測試儀連接到短路對的另一端，測試儀應該顯示短路對的近似溫度。注意，如果擴展對的兩端碰巧處于相同的溫度，那么可能需要稍微加熱一下被縮短的那端，并驗證測試人員是否正確地看到了溫度的變化。在這個測試中正在檢查不正確的反向連接的可能性。

 

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