火电厂热电偶测温测量仪表的应用

摘要:在火电厂测温仪器有很多,而热电偶测温仪表是其中的一种。它是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,井把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。与RTD、电热调节器、温度检测集成电路(IC)相比,热电偶能够检测更宽的温度范围,具有较高的性价比。另外，热电偶的牢固、可靠性和快速响应时间使其成为电力生产工作环境下的首要选择。
1.热电偶简介
　　在火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-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湿度等,都是采用热电偶进行测温的。热电偶是热电效应理论的具体应用之一,在温度测量中有广泛的应用，具有结构简单、性能稳定、容易构造等优点。热电偶通过与显示仪表配合使用,可以实现远距离测量.自动记录.温度自动控制等。
2.热电偶测温原理
　　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接成闭合回路时，如果A和B的两个接点温度不同(假定t>t0)则在该回路中就会产生电流,这表明回路中存在电动势,这个物理现象称为热电效应或赛贝克效应。常用的热电偶有两根不同的导线组成，实际测温时,回路的--端必须断开.它们的一端焊接在一起，叫做热端(通常称为测量端),放入到被测介质中:不连接的两个自由端叫做冷端(通常称为参考端),与测量仪表引出的导线相连接。当热端与冷端有温差时，测量仪表便能测出介质的温度。
N型热电偶的特性
　　N型热电偶的正极为含铬与硅的镍铬硅合金(NP),负极含硅的镍基合金(NN,主要特性如下:1)针对K型热电偶镍铬极中Cr.Si元素择优氧化引起合金成分不均匀及热电势漂移等问题，在N型热电偶的正极中增加Si.Cr含量，使镍铬合金的氧化模式由内氧化转变为外氧化;又在负极中增添溶质元素Mg与Si,尽管si含量增大要降低热电势,但可使金属与氧化物间的钝化膜更加致密。井因Mg与si择优氧化形成扩散势垒,阻止“绿蚀"现象向内部扩散，抑制进一步氧化发生。
　　对在1200℃下经100h的K与N型热电偶的正极进行显微结构观察表明,K型热电偶的氧化层很厚近1mm,而N型热电偶却几乎看不到氧化膜。又因K型热电偶负极中含有Mn,虽有调整热电势的作用,但却极大地影响了它的高温稳定性。
　　为此，N型热电偶中不再添加Mn,它的高温稳定性与使用寿命较K型热电偶明显提高。
2)K型热电偶在250~550℃范围内循环使用时，因其显微结构发生变化，形成短程有序结构(即所谓的K状态),致使其热电势不稳定,而N型热电偶能消除此种短期不稳定性。在NiCr二元合金中,Cr含量在5%-~30%的范围内，存在着原子晶格结构的有序至无序转变,但在此成分范围内,有一个很小的区域,即Gr含量为14%~16%左右时，例如Cr含量为14.2%的镍铬合金，将不因结构上有序至无序的转变而引起热电势值有较大变化。实践证明,N型热电偶在250~550℃范围内的升降温过程中，热电势的变化不超过10uV.
3)N型热电偶在250-550℃范围内抑制了磁性转变，不再出现热电势
明显地不规则变化。K型热电偶负极，约在170℃发生磁性转变。对N型热电偶的负极合金成分作了较大调整，基本不含Mn、AI.Co等元素,Si含量有较大提高，抑制了新型合金的磁性转变,使其转变温度降到室温以F.
4)K型热电偶具有较好的耐辐射照能力，而N型热电偶在K型热电偶的基础上,又取消了易蜕变元素Mn.Co等，因此,N型热电偶较K型热电偶具有更好的耐核辐射的能力。
5)在400-1300℃范围内,N型热电偶非线性误差仅占1300℃热电势的0.4%,而K型热电偶在相同范围内的非线性误差占1300℃的1.75%,比N型热电偶大得多。当然N型热电偶与K型热电偶相比,在低温范围内(-200-400℃的非线性误差较大同时材料较硬，难于加工。
3.热电偶的优缺点
　　优点:热电偶回路中的电动势的大小，只与组成热电偶的导体材料和接触点的温度有关,而与热电偶的形状和尺寸无关,所以用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性,这种细微的测温元件具有高响应速度,可以测量快速变化的过程。而这些也为例如薄膜热电偶传感器的开发和应用创造了条件.
　　缺点:它灵敏度比较低，热电偶的冷端通常接近被测对象,温度并不是恒定不变的，且容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。
　　解决办法:针对热电偶容易受环境温度影响和不适合测量微小温度变化的缺点，可能就需要运用到冷端补偿。其中冷端补偿有可以分为:冷端恒温法、补偿导线法、计算修正法、电桥补偿法等。
4.热电偶在火力发电厂中的应用
　　我国火电厂主蒸汽温度的测量大都采用K型热电偶作为一次元件,目前存在着测温精度不高的问题。为了提高主蒸汽温度测量的准确性,用N型热电偶替换K型热电偶是-一个有效的技术措施。目前.N型热电偶已在火电厂主蒸汽温度测量中应用。N型热电偶具有热电特性稳定,使用寿命长和非线性误差小等优点，提高主蒸汽温度测量的精度，满足了火电机组运行规程的要求。在用N型热电偶测量主蒸汽温度成功应用的基础上,也可以用N型热电偶测量过热器和汽缸等金属壁的温度。
　　根据大量的实践表明,N型热电偶在测量主蒸汽温度上具有如下优点:
1)N型热电偶的250-~550℃范围内的热循环稳定性明显高于K型热电偶,因此,用N型热电偶测主蒸汽温度可提高监控系统的准确性和可靠性，从而保证了火力发电机组的安全和经济运行。
2)N型热电偶的高温稳定性和寿命较K型热电偶有成倍的提高。因此，在用N型热电偶测量主蒸汽温度成功应用的基础上，可进行用N型热电偶测过热器和汽缸等金属壁温的试验研究,这对保证仪表的完好率，降低仪表的故障率有着十分重要的意义。
3)用N型热电偶替换K.EJ.T型热电偶和部分s型热电偶的技术措施是可行的，这不但可以大大简化测温元件和仪表的品种，而且给测温元件和仪表的生产、使用和管理带来极大方便和明显的经济效益。
4)随着N型热电偶生产量的增加.其价格还会明显下降，预计不会高于K型热电偶的价格。
　　用N型热电偶替换K型热电偶测量主蒸汽温度的应用实践表明,N型热电偶具有热电特性稳定,,使用寿命长和非线性误差小等优点。因此，N型热电偶有全面替换贱金属(K.EJT)和部分贵金属热电偶(S)的趋势，它在火电厂有广調的应用前景。