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鎧裝熱電偶

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鎧裝熱電偶技術標準評價體係及注意事項

來源:www.kimmosasi.net作者:發表時間:2017-11-09 11:16:38

 摘 要:本文主要介紹了工業熱電偶的技術標準評價體係,其中包括普通工業熱電偶和鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法。最後作者結合日常檢測工作經驗總結了工業熱電偶技術標準評價過程中的有關注意事項。

 
        溫度計量是實現描述物體冷熱程度的物理量的準確可靠的活動。熱電偶和熱電阻是溫度計量的兩個主要一次儀表,其中熱電偶主要用於高溫計量,是溫度測量主要元件之一。按照國家計量法規,熱電偶作為溫度計量器件,必須定期檢定。
 
        熱電偶的溫度量值傳遞係統最終傳遞到工業熱電偶,工業熱電偶是廣泛應用於工業、農業和科研等部門的重要溫度計量儀器。工業熱電偶是通過兩種不同導體間在兩端不同溫度下產生熱電勢,再由補償導線傳送到顯示儀表,顯示儀表根據電勢大小最終顯示出被測溫度。工業熱電偶的各項技術指標是否符合相應的標準要求,是計量行業,熱電偶生產廠商以及工業熱電偶的使用方所關注的焦點。因為熱電偶的技術指標高低,直接影響其相應的性能,生產效率高低以及所生產產品的質量優劣。因此,對工業熱電偶的技術標準進行評價,是很有必要的。
 
1 工業熱電偶的分類
        工業熱電偶按照其結構可分為兩類:
1.1 普通工業熱電偶
        普通工業熱電偶由接線盒、感溫元件和保護管組成,主要用於測量氣體、蒸汽、液體等介質的溫度。普通工業熱電偶的計量檢定依據為 JJG 351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》。
1.2 鎧裝熱電偶
        鎧裝熱電偶是將熱電極,絕緣材料連同保護套一起拉製成型的。鎧裝熱電偶的校準依據為:JJF 1262-2010《鎧裝熱電偶校準規範》。
 
2 普通工業熱電偶的評價項目和評價方法
2.1 外觀
熱電偶的外觀應符合下列要求:
        (1)熱電極測量端的焊接應光滑、牢固、無氣孔和夾灰等缺陷,無殘留助焊劑等汙物;各部分的裝配正確,連接可靠,零件無損缺;
        (2)各部分的裝配正確,連接可靠,零件無損缺;
        (3)無斷路、短路;
        (4)保護管內無殘留汙物及金屬廢屑;
        (5)在恰當部位正確地表明極性;
        (6)外表塗層均勻、牢固;
        (7)無顯著鏽蝕和凹痕、劃痕。熱電偶的外觀檢查通過目測和千分尺等來完成。
 
2.2 允差
        熱電偶的允差應符合 GB/T 16839.2-1997 的規定。對於貴金屬工業熱電偶的允差檢測前,應先進行清洗和退火。具體步驟應參考 JJG 141-2013 中的相關內容進行。經清洗後若外觀仍有發黑、腐蝕斑點和明顯的粗細不均勻等缺陷時,作不合格處理。
2.3 熱響應時間
        熱電偶的熱響應時間應符合製造廠在使用說明書上提供的數據。
影響熱電偶響應時間的因素有:
        (1)熱電偶的結構、尺寸。熱電極、保護管的直徑愈粗惰性也愈大。這樣熱電偶達到穩定的時間就愈長,即響應時間長。
        (2)材料不同,導熱性能也不同。如金屬保護管比瓷保護管導熱好,熱惰性小,熱電偶達到穩定的時間就短,即響應時間短。
        (3)響應時間還隨工作狀況的變化而不同,就是說相同結構的熱電偶,在不同的熱交換條件下,其響應時間是不同的。
 
2.4 常溫絕緣電阻
2.5 上限溫度絕緣電阻
2.6 熱電動勢穩定性
        熱電偶(允差等級為 3 級的 T,E,K,N 型除外)應置於製造廠規定的上限溫度維持 250h,試驗前後最高檢驗溫度點熱電動勢的變化量(換算成溫度的變化量)應不超過JB/T 9238-1999 《工業熱電偶技術條件》的規定。
2.7 運輸基本環境條件
        熱電偶應能經受 JB/T 9329-1999 規定的碰撞和自由跌落試驗。
2.8 標誌及使用說明書
        熱電偶的銘牌或出廠合格證明書上應注明的信息有:型號;規格:分度號;適用溫度範圍;允差等級;保護管材料;商標或製造廠名和出廠日期。使用說明書中應提供的信息有:分度表;熱響應時間;適用環境;一般適用方法和特殊的技術條件。工業熱電偶的 8 個評價項目中,除允差項目需將熱電極組件從保護管中去除後檢測,其他 7 項均需帶保護管進行檢測。
 
3 鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法
3.1 尺寸
        鎧裝熱電偶測量端起在 5 倍於外徑的長度內,熱電偶的外徑允差應符合 GB/T 18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的規定。
3.2 熱電動勢
        熱電動勢項目是評價鎧裝熱電偶性能的最重要項目。鎧裝熱電偶的熱電動勢應符合 GB/T 16839.1-1997 和 GB/
T 16839.2-1997 的規定。
3.3 絕緣電阻
        由於鎧裝熱電偶絕緣材料采用氧化鎂、氧化鋁等,這些材料都有吸濕性(尤其氧化鎂吸濕性大),吸水後會引起絕緣電阻降低,電阻值低,絕緣不好,將會短路,使熱電勢產生分流現象,引起測量誤差,甚至無法測量(示值波動大)。
 
        通過對絕緣型鎧裝偶常溫絕緣電阻的測量,可判斷鎧裝偶的質量,相同長度的鎧裝偶直徑越小電阻越大,直徑越大電阻越小。
 
        鎧裝熱電偶的絕緣電阻應在偶絲與套管之間進行測量。對於絕緣型鎧裝偶有一對熱電極的,測量熱電極與套管之間的常溫絕緣電阻,如果有一對以上熱電極的,不僅測量熱電極與套管之間,還要測量每對熱電極之間的常溫絕緣電阻。
 
        在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測量時,樣品長度、試驗溫度和絕緣電阻值應滿足 GB/T 18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的要求,環境的相對濕度不大於 80% 。
 
3.4 電連續性
        對於絕緣型的鎧裝偶應對其進行電連續性的非定量檢驗。
3.5 極性
        鎧裝偶的每個熱電極應按照 IEC 60584-3 第二部分中的規定標明極性。
3.6 焊接封頭密封性
        對於絕緣型熱電偶采用水淬試驗,其他類型鎧裝偶采用氮氣壓力試驗或液氮試驗來確認鎧裝偶的焊接封頭密封性。
3.7 標誌
        每隻鎧裝偶應有標簽或標誌,應標誌生產廠家或供應商的名稱及以下內同:標稱外徑;標稱長度;熱電偶型號;套管類型和允差等級。
 
4 工業熱電偶的評價過程中應注意的問題
4.1 鎧裝熱電偶常溫絕緣電阻的測量
        測量鎧裝熱電偶的常溫絕緣電阻時,應根據鎧裝偶的直徑選擇不同的絕緣電阻測量儀器。
4.2 鎧裝熱電偶熱電勢檢測溫度點的確定
        鎧裝熱電偶熱電勢項目的檢測溫度點的選擇,可根據鎧裝偶的直徑選擇校準溫度點,原則上應選擇不少於3 個溫度點。
 
4.3 工業熱電偶參考端的連接方式
        工業熱電偶熱電勢項目檢測時,要使熱電偶參考端為 0℃。目前國內有些部門使用熱電偶自動檢測係統。為了操作方便,熱電偶參考端補償,使用鉑電阻、銅電阻等測量環境溫度,補正熱電勢,給測量結果帶來誤差。主要原因有兩點:
        (1)如果熱電偶參考端不為 0℃,其參考端溫度和其靠近的環境溫度是有區別的,特別是校準粗短的熱電偶,由於熱電極熱傳導的影響,末端的溫度要高於鄰近的溫度。這樣使用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100 或Cu50 等)測量環境溫度,隻反映環境溫度的變化,不能真正地反映熱電偶參考端(熱電極末端)溫度的變化(標準溫度計或溫度傳感器放置位置的遠、近也會帶來不同程度的誤差)。
        (2)用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100 或Cu50 等)測量熱電偶參考端溫度,將測得的環境溫度用分度表的值進行換算,得到一個計算的補正熱電勢,對熱電偶進行熱電勢補正。但是每支熱電偶(接同一型號補償導線)有各自的熱電特性。在此環境溫度下,熱電偶參考端熱電勢與計算(標準化)的熱電勢是不同的。所以,對熱電偶進行模式化的補正,不能真實地反映被校熱電偶的熱電特性。
 
        上述熱電偶參考端的測量和熱電勢補正的方法,都會給校準結果帶來誤差 (能達到 1℃ )。所以,熱電偶參考端應為 0℃。如果參考端插入冰點溫器較困難,要采用加修正值的補償導線作為連線(補償導線兩極組成的熱電偶,其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同,能消除熱電偶參考端溫度變化的影響),使熱電偶參考端遠離熱源,再使信號輸出端為 0℃。
 
4.4 補償導線的連接
        工業熱電偶熱電勢項目檢測時,若使用補償導線,切勿將其極性接反,否則測量結果會因此產生兩倍環境溫度的電勢值的誤差。
 
4.5 恒溫時間
        鎧裝熱電偶熱電勢項目檢測時,使用管式爐內加裝均溫塊進行檢測,達到設定溫度後,恒溫至達到熱平衡。較粗的鎧裝偶恒溫時間要長一些,有可能標準器穩定了,但被校鎧裝偶示值還在波動。
 
        檢測時,若發現某一根鎧裝熱電偶電纜或幾根電纜的熱電勢極不穩定,甚至可以看到數字多用表上的0.1m V數位都漂浮不定,導致無法讀取數據。這種情況應終止檢測工作,將其中一根熱電勢波動很大的鎧裝熱電偶電纜單獨進行檢測,若檢測結果正常則是由於電纜的圈數多,升溫過程中電磁感應造成的;若仍然波動很大,則應根據以上現象和鎧裝熱電偶電纜生產工藝特點綜合分析,查找原因。
 
4.6 補償導線修正值的使用
        工業熱電偶熱電勢項目檢測時,如果接補償導線,數據計算時,注意加修正值。
4.7 新製鎧裝熱電偶,檢測前不進行退火
        在鎧裝熱電偶的相關標準中,規定新製鎧裝偶退火後再進行示值的校準。針對這個問題,筆者選取了不同型號鎧裝偶,在不同的校準溫度點進行了退火前、後(一次、二次退火)示值的大量試驗,無論是第一次退火還是第二次退火的示值與退火前的示值比較,最大相差約是允差的十分之一。通過試驗結果表明,如果偶絲材料出廠前能充分的退火,新製鎧裝偶退火與否對校準結果影響很小。所以,新製鎧裝熱電偶可略去檢測前退火的工作。
 
5 結語
        本文主要介紹了工業熱電偶的分類;工業熱電偶的技術標準評價體係,其中包括普通工業熱電偶和鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法。最後作者結合日常檢測工作經驗總結了工業熱電偶技術標準評價過程中的有關注意事項,對工業熱電偶檢測以及工業熱電偶行業生產質量的提高具有重要意義。
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