工业热电阻及其在化工生产中的正确使用

摘要:工业热电阻在化工生产中普遍应用，从安装、使用角度阐述了如消除导线电阻、热传递滞后,温度梯度、热辐射等因素造成的误差,保证温度测量及时、正确可靠,保障化工生产的顺利进行。
1.引言
      温度是化工生产中既普遍又重要的操作参数，任何一种化工生产过程都伴随营物质的物理和化学性质的改变。都必然有能量的转化和交换,而热交换是能量转换中普遍的交换形式。有些化学反应与温度有着直接的关系。所以温度的测量与控制是保证化工生产实现稳产、高产、安全、优质、低消耗的关键之一。因此温度的测量在化工生产中有着非常重要的意义。
      测温仪表种类繁多,其中热电阻温度计以其测温精度高,便于远传、多点集中测量和自动控制等优点而在化工生产中应用普遍。其测温原理就是利用导体(或半导体)的电阻值随着温度变化这一特性来进行温度测量的。即把温度的变化所引起导体电阻的变化，通过测量电路转换成电压信号，然后送人显示仪表以指示或记录被测温度的。热电阻温度计适用测量-200℃~+500℃范围内液体、气体、蒸汽及固体表面的温度。目前常用的热电阻是铂热电阻和铜热电阻两种。
      任何事物都是一分为二的，热电阻作为温度自动控制系统中的检测元件，虽精度高、稳定性好、性能可靠,但其使用的工况是千差万别的，有许多使用在高温、高腐蚀、高强度等环境下，如果安装、使用不当,必然存在导线电阻、热传递滞后、温度梯度、热辐射等因素造成的误差,从而不能保证现场温度检测的正确及时，致使温度自动控制系统失控,严重影响工业生产的正常进行。为能及时、正确、有效地进行温度测量,正确安装使用热电阻是重要的-个环节。
2热电阻测温时应注意的问题
2.1热电阻与其配套的二次仪表连接不当引起的误差及消除方法
      在生产现场曾经发现热电阻测温回路中，显示仪表指示偏高,排除显示仪表、热电阻故障后,发现是因为热电阻与测量桥路连接不当导致此误差。因热电阻仅仅是把被测温度的变化转换成了电阻值的变化，为了直观地把被测温度的数值显示出来，就必须采用与它配套使用的二次仪表及连接导线组成完整的测温系统，才能达到上述目的。但二次仪表要求输人的信号是毫伏信号,就需要设法将热电阻随温度变化的电阻值转换成毫伏信号送人二次仪表,以指示出被测对象的温度。为达到此目的，二次仪表一般都采用不平衡电桥测量线路。如图1所示连接,即热电阻是在电桥的桥臂中，连接热电阻的两根导线都分布在桥路的一个桥臂上,即二线制接法。由于热电阻与二次仪表之间一般都有一段较长的距离，因此两根连接导线的电阻随温度的变化，将同热电阻阻值的变化一起加在不平衡电桥的一一个桥臂上，使测量产生，较大误差。为了消除线电阻带来的测量误差,我们在生产中采用三线制接线，从而抵消电阻产生的误差。如图2所示连接:即从热电阻引出三根导线，把两根连接导线分别接人桥路的两个相邻的桥臂上，而把第三根导线与稳压电源的负极相接即可。这样,由于环境温度变化而引起的连接导线电阻的变化对温度测量的影响即可相互抵消。为了减小因导线电阻不同而造成的误差，生产中使用的二次仪表连接端子处均有调整电阻，以便通过调整它们的阻值使每根连接导线获得相等的阻值,一般均≤5欧姆。


2.2电阻与保护管装配不当引起的温度滞后及消除方法
      生产中发现，当现场设备(管道)内被测介质温度己发生变化,而控制室内显示仪表不能快速、及时正确的反映出来，自动控制系统无法及时正确进行调节,对生产造成不良后果。查其原因,是因热电阻与保护套管装配不当导致测温滞后引起。为了使热电阻免受腐蚀介质的侵蚀、尘物、粉物的磨损和外来机械损伤,延长使用寿命,应在热电阻温度计外面加装保护管。保护管的选用一般是根据测量范围、插人深度、环境气氛以及测温的时间常数等条件来决定。热电阻在现场安装时分为热电阻与保护管壁底部直接接触(接触式安装)和热电阻与保护管不直接接触、之间存有一定空隙(非接触式安装)两种情况。在使用中发现两种装配方式,虽然最终温度指示还能达到一致,但温度滞后相差很大。非接触式安装时随着调节对象惯性的增大,温度的时间滞后也随之增大。如果时间滞后过大时,便可引起控制系统失调,直接影响工业生产的正常进行。为了消除非接触式安装带来的测温滞后现象，我们可在套管之间加装传热良好的填充物。当被测介质的温度低于150℃时,可充人变压器油，当被测介质温度高于150℃时，可填充铜屑或石英砂,以保证传热良好。
2.3温点选择不当造成的误差及消除方法
      现场用热电阻进行温度测量时，有时会发现温度指示不稳定，在排除了测量桥路和二次仪表故障后，会发现是热电阻选取测量点不当造成的。由于热电阻是通过与被测介质进行热交换而测温的,因此,必须使热电阻与被测介质能进行充分的热交换，感温元件放置的方式与位置应有利于热交换的进行，当热电阻顺着介质流向插人或把热电阻插至被测介质的死角区域时，就不能实现正确测量。如果要消除上述现象造成的误差,就应在现场安装热电阻时，使它与被测介质形成逆流，即迎着介质流向插人,至少须与被测介质流向成90角,不得形成顺流。测量管道中流体的温度时,热电阻的工作端应处于管道中流速最大处,热电阻保护管的末端应越过流束中心线，铂电阻约为50-70mm,铜电阻约为25一30mm。
2.4热电阻插入深度不足造成的误差及消除方法
      现场偶有发现,冬天热电阻测温时,比正常温度偏低,为何出现此现象?原来是热电阻插人深度不足，其外露部分置于空气流通中,造成热量损失而产生的测量误差。如要消除此误差，首先必须使热电阻有足够的插人深度。实践证明,随着热电阻插人深度的增加,测温误差减小。因此,在安装时应保证最大的插人深度，尽可能使受热部分增长。根据生产实践证明,无论多大的管道,温度计的插人深度到300mm时已足够。其次,为减少热电阻外露部分的热损失，应对其外露部分进行适当保温,可加装保温层。
2.5热辐射引起的测温误差及消除方法
      在生产中会发现当被测介质的温度很高并且与设备(管道)壁表面温度相差很大时，就会在温度测量时产生误差。通过分析可知是热辐射引起的测量误差。要消除此误差,就应尽量减小被测介质与设备(管道)壁表面之间的温度差,为此，我们在安装热电阻的地方，如果器壁暴露于空气中,则应在其表面包裹一层绝热层(如石棉等),必要时,可在测温元件与器壁之间加装防辐射罩，以消除热电阻与器壁间的直接辐射作用。
防辐射罩如下图所示:

3结论
      综上所述，热电阻是工业生产中温度测量的主要仪表,做到正确使用和安装热电阻,是保证温度测量及时、正确、可靠的关键，是工业自动化生产顺利进行的保障。