熱電偶熱電阻原理與常見故障處理

第一部分

一、熱電偶測(cè)溫基本原理

熱電偶是中高溫區(qū)常用的一種溫度檢測(cè)元件。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。
熱電偶的工作原理
        兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來工作的。熱電偶按材料分常用的為K型（4.096mV）K鎳鉻--鎳硅-200-+1000℃,E型(6.319mV),鎳鉻銅鎳-200-+700℃。

如圖所示，兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。置于被測(cè)溫度為t的介質(zhì)中，稱為工作段，另一端為自由端，放在溫度為t0的恒定溫度下，當(dāng)工作段的被測(cè)介質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，熱電勢(shì)也隨溫度發(fā)生一定規(guī)律的變化。
    熱電偶產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)，其大小只與電極材料與兩端的溫差有關(guān)，而與熱電極的長(zhǎng)度和直徑的粗細(xì)無關(guān)。
    采用熱電偶為測(cè)量元件的變送器稱之為熱電偶溫度變送器。從外觀上看，熱電阻和熱電偶溫度變送器沒有太大的區(qū)別。

熱電偶產(chǎn)生熱電勢(shì)的條件是兩熱電極材料相異、兩接點(diǎn)溫度相異。

二、熱電偶的特點(diǎn)

⑴、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、更換方便；⑵、壓簧式感溫元件，抗震性能好；⑶、測(cè)量精度高；

⑷、測(cè)量范圍大；⑸、熱響應(yīng)時(shí)間快；⑹、機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；

⑺、耐高溫可達(dá)2800度；⑻、使用壽命長(zhǎng)；

三、熱電偶測(cè)溫為什么使用補(bǔ)償導(dǎo)線

  熱電偶在測(cè)量溫度時(shí)，其參比端是穩(wěn)定而可靠的，而在實(shí)際測(cè)量中，其參比端靠近熱源，溫度不穩(wěn)定，而補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電勢(shì)在0-100℃的范圍內(nèi)與熱電偶的幾乎完全一樣，用補(bǔ)償導(dǎo)線能夠?qū)犭娕佳娱L(zhǎng)，使參比端穩(wěn)定，使測(cè)量成為可能。

四、常見故障現(xiàn)象及排除方法

故障現(xiàn)象	可能原因	處理方法
熱電勢(shì)比實(shí)際值小（顯示儀表指示值偏低）	熱電極短路	找出短路原因。如因潮濕所致，則需進(jìn)行干燥;如因絕緣子損壞所致，則需更換絕緣子
	熱電偶的接線柱處積灰，造成短路	清掃積灰
	補(bǔ)償導(dǎo)線線間短路	找出短路點(diǎn)，加強(qiáng)絕緣或更換補(bǔ)償導(dǎo)線
	熱電偶熱極變質(zhì)	在長(zhǎng)度允許的情況下，減去變質(zhì)段重新焊接，或更換新熱電偶
	補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反	重新接正確
	熱電偶安裝位置不當(dāng)或插入深度不符合要求	重新安規(guī)定安裝
	熱電偶冷端溫度補(bǔ)償不符合要求	調(diào)整冷端補(bǔ)償器
	熱電偶與顯示儀表不配套	更換熱電偶或顯示儀表使之相配套
熱電勢(shì)比實(shí)際值大（顯示儀表指示值便高）	熱電偶與顯示儀表不配套	更換熱電偶或顯示儀表使之相配套
	補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套	更換補(bǔ)償導(dǎo)線使之相配套
	有直流干擾信號(hào)進(jìn)入	排除直流干擾
熱電勢(shì)輸出不穩(wěn)定	熱電偶與顯示儀表不配套	將接線柱螺絲擰緊
	熱電偶測(cè)量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地	找出事故點(diǎn)，修復(fù)絕緣
	熱電偶安裝不牢或外部震動(dòng)	緊固熱電偶，消除震動(dòng)或采取屏蔽措施
	熱電極將斷未斷	修復(fù)或更換熱電偶
	外界干擾（交流漏電，電磁廠感應(yīng)等）	查出干擾源，采取屏蔽措施
熱電偶熱電勢(shì)誤差大	熱電極變質(zhì)	更換熱電極
	熱電偶安裝位置不當(dāng)	改變安裝位置
	保護(hù)管表面積灰	清除積灰

五.安全注意事項(xiàng)

⑴、對(duì)可能導(dǎo)致工藝參數(shù)波動(dòng)或帶聯(lián)鎖報(bào)警裝置及調(diào)節(jié)閥的檢修作業(yè)，必須事先取得工藝人員的認(rèn)可，并辦理相關(guān)檢修票證。

⑵、根據(jù)安裝位置和所測(cè)設(shè)備的實(shí)際情況正確選擇測(cè)溫套管及密封墊片的材質(zhì)、分度號(hào)。

⑶、檢修時(shí)注意儀表接線不能出現(xiàn)短路、接地等現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)電纜的屏蔽也不能出現(xiàn)接地現(xiàn)象。

第二部分

熱電偶常見故障分析及處理

一、熱電偶使用的注意事項(xiàng)

為了保證熱電偶溫度計(jì)可靠、穩(wěn)定地工作。對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下：

1.組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固；

2.兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)該有很好的絕緣，以防短路；

3.補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

4.保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。

二、熱電偶測(cè)溫常見故障現(xiàn)象、原因及處理方法

1.熱電勢(shì)比實(shí)際值小（顯示儀表指示值偏低）

故障原因1：熱電極短路

處理方法：

1）如因潮濕造成短路，需要干燥熱電極；

2）如因絕緣于損壞導(dǎo)致短路，需更換緣子。

故障原因2：熱電偶的接線柱處積灰造成短路

處理方法：

1）清掃積灰。

故障原因3：補(bǔ)償導(dǎo)線線間短路

處理方法：

1）找出短路點(diǎn)，加強(qiáng)絕緣或更換補(bǔ)償導(dǎo)線。

故障原因4：熱電極變質(zhì)

處理方法：

1）長(zhǎng)度允許時(shí)剪去變質(zhì)段，重新焊接，或者更換熱電偶

故障原因5：補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶極性接反

處理方法：

1）重接熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線

故障原因6：補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的補(bǔ)償導(dǎo)線

故障原因7：冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的冷鍛溫度補(bǔ)償器

故障原因8：冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶極性接反

處理方法：

1）重接熱電偶和冷鍛溫度補(bǔ)償器

故障原因9：顯示儀表按熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的顯示儀表；對(duì)于提供編輯功能的儀表，可對(duì)儀表的熱電偶類型進(jìn)行更改。

故障原因10：顯示儀表未進(jìn)行機(jī)械零點(diǎn)校正

處理方法：

1）正確進(jìn)行儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整

故障原因11：熱電偶安裝位置不當(dāng)或插入深度不符合要求

處理方法：

1）按規(guī)定重新安裝。

熱電勢(shì)比實(shí)際值大（顯示儀表指示值偏高）

故障原因1：補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的補(bǔ)償導(dǎo)線

故障原因2：顯示儀表與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的顯示儀表；對(duì)于提供編輯功能的儀表，可對(duì)儀表的熱電偶類型進(jìn)行更改。

故障原因3：顯示儀表與熱電偶不配套

處理方法：冷端溫度補(bǔ)償器與熱電偶不配套

1）更換配套的冷端溫度補(bǔ)償器

故障原因4：有直流干擾信號(hào)

處理方法：

1）找到干擾源，消除直流干擾信號(hào)

3.熱電勢(shì)輸出不確定

故障原因1：熱電偶接線柱與熱電極接觸不良

處理方法：

1）擰緊接線柱螺釘

故障原因2：熱電偶測(cè)量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地

處理方法：

1）找出故障點(diǎn)，恢復(fù)絕緣

故障原因3：熱電偶安裝不牢或外部振動(dòng)

處理方法：

1）緊固熱電偶，消除振動(dòng)或采用減振措施

故障原因4：熱電極將斷未斷

處理方法：

1）修復(fù)或更換熱電偶

故障原因5：外界干擾（如交流漏電、電磁場(chǎng)等）

處理方法：

1）找出干擾源，采取屏蔽措施

4.熱電勢(shì)誤差大

故障原因1：熱電極變質(zhì)

處理方法：

1）更換熱電偶

故障原因2：熱電偶安裝位置不當(dāng)

處理方法：

1）更換安裝位置

故障原因3：保護(hù)套管表面積灰

處理方法：

1）消除積灰

第三部分

熱電阻是中低溫區(qū)常用的一種溫度檢測(cè)器。它的主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱是阻的測(cè)量精度是高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。

一、熱電阻測(cè)溫原理

   熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進(jìn)行溫度測(cè)量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用多的是鉑和銅。

我們公司中采用了大量的PT100型號(hào)的鉑熱電阻體。PT100類型電阻體對(duì)應(yīng)0℃時(shí)阻值為100Ω。標(biāo)準(zhǔn)的熱電阻回路國內(nèi)一般采用三線制，采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，其連接導(dǎo)線（從熱電阻到中控室）也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測(cè)量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測(cè)量誤差。

二、接線方式

三、常見故障及處理

故障現(xiàn)象	可能原因	處理方法
顯示儀表指示值比實(shí)際值低或示值不穩(wěn)	保護(hù)套管內(nèi)有金屬屑、灰塵，接線柱間臟污及熱電阻短路（水滴等）	除去金屬屑，清掃灰塵、水滴等，找到短路點(diǎn)，加強(qiáng)絕緣
顯示儀表指示為無窮大	熱電阻或引出線斷路及接線端子松開等	更換熱電阻體或焊接及擰緊接線螺絲等
組織與溫度關(guān)系有變化	熱電阻絲材料受腐蝕變質(zhì)	更換熱電阻
顯示儀表指示負(fù)值	顯示儀表與熱電阻接線有錯(cuò)，或熱電阻有短路現(xiàn)象	改正接線，或找出短路處，加強(qiáng)絕緣

四、安全注意事項(xiàng)

⑴、對(duì)可能導(dǎo)致工藝參數(shù)波動(dòng)或帶聯(lián)鎖報(bào)警裝置及調(diào)節(jié)閥的檢修作業(yè)，必須事先取得工藝人員的認(rèn)可。

⑵、根據(jù)工藝介質(zhì)正確選擇測(cè)溫套管及密封墊片的材質(zhì)。

⑶、檢修時(shí)注意儀表接線不能出現(xiàn)短路、接地等現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)電纜的屏蔽也不能出現(xiàn)接

第四部分

一、顯示儀表指示值比實(shí)際值低或示值不穩(wěn)

故障原因1：熱電阻元件插深不夠，沒有頂?shù)奖Ｗo(hù)套管端部。

處理方法：1、查明套管長(zhǎng)度，選用合適長(zhǎng)度的熱電阻元件，安裝時(shí)保證熱電阻元件頂?shù)教坠芏瞬俊?/span>2、清理保護(hù)套管內(nèi)的鐵屑、灰塵

故障原因2：保護(hù)套管內(nèi)積水

處理方法：1、清理保護(hù)套管內(nèi)的積水并將潮濕部分加以干燥處理。2、保護(hù)套管做好密封措施，防止再次進(jìn)水。

故障原因3：熱電阻測(cè)量回路短路或接地

處理方法：1、如外回路短路或接地，用萬用表檢查短路或接地部位并加以消除。2、如熱電阻元件內(nèi)部短路或接地，應(yīng)更換熱電阻。

二、顯示儀表指示偏大

故障原因1：熱電阻測(cè)量回路斷路

處理方法：1、如外回路斷路，用萬用表檢查斷路部位并加以消除。2、如熱電阻元件內(nèi)部斷路，應(yīng)更換熱電阻。

故障原因2：熱電阻接線端子虛接或接觸不良

處理方法：1、檢查接線端子及導(dǎo)線，去除氧化部分；2、緊固接線端子。

三、顯示儀表指示負(fù)值

故障原因1：熱電阻測(cè)量回路接線錯(cuò)誤

處理方法：1、使用萬用表檢查熱電阻回路，恢復(fù)正確接線順序。

故障原因2：熱電阻測(cè)量回路有干擾

處理方法：1、檢查熱電阻測(cè)量回路應(yīng)使用屏蔽電纜。2、檢查熱電阻測(cè)量回路，與動(dòng)力電纜之間小距離應(yīng)符合電纜敷設(shè)規(guī)定。3、檢查電纜屏蔽應(yīng)單端可靠接地，接地線應(yīng)連接牢固可靠。4、如以上方法仍無法消除干擾，可采取熱電阻三相并接電容等抗干擾措施。

四、熱電阻值與溫度關(guān)系有變化
故障原因1：熱電阻絲材料腐蝕變質(zhì)
處理方法：1、更換熱電阻。