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铠装热电偶

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铠装热电偶技术标准评价体系及注意事项

来源:www.chems4you.com作者:发表时间:2017-11-09 11:16:38

 摘 要:本文主要介绍了工业热电偶的技术标准评价体系,其中包括普通工业热电偶和铠装热电偶的评价项目和评价方法。最后作者结合日常检测工作经验总结了工业热电偶技术标准评价过程中的有关注意事项。

 
        温度计量是实现描述物体冷热程度的物理量的准确可靠的活动。热电偶和热电阻是温度计量的两个主要一次仪表,其中热电偶主要用于高温计量,是温度测量主要元件之一。按照国家计量法规,热电偶作为温度计量器件,必须定期检定。
 
        热电偶的温度量值传递系统最终传递到工业热电偶,工业热电偶是广泛应用于工业、农业和科研等部门的重要温度计量仪器。工业热电偶是通过两种不同导体间在两端不同温度下产生热电势,再由补偿导线传送到显示仪表,显示仪表根据电势大小最终显示出被测温度。工业热电偶的各项技术指标是否符合相应的标准要求,是计量行业,热电偶生产厂商以及工业热电偶的使用方所关注的焦点。因为热电偶的技术指标高低,直接影响其相应的性能,生产效率高低以及所生产产品的质量优劣。因此,对工业热电偶的技术标准进行评价,是很有必要的。
 
1 工业热电偶的分类
        工业热电偶按照其结构可分为两类:
1.1 普通工业热电偶
        普通工业热电偶由接线盒、感温元件和保护管组成,主要用于测量气体、蒸汽、液体等介质的温度。普通工业热电偶的计量检定依据为 JJG 351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》。
1.2 铠装热电偶
        铠装热电偶是将热电极,绝缘材料连同保护套一起拉制成型的。铠装热电偶的校准依据为:JJF 1262-2010《铠装热电偶校准规范》。
 
2 普通工业热电偶的评价项目和评价方法
2.1 外观
热电偶的外观应符合下列要求:
        (1)热电极测量端的焊接应光滑、牢固、无气孔和夹灰等缺陷,无残留助焊剂等污物;各部分的装配正确,连接可靠,零件无损缺;
        (2)各部分的装配正确,连接可靠,零件无损缺;
        (3)无断路、短路;
        (4)保护管内无残留污物及金属废屑;
        (5)在恰当部位正确地表明极性;
        (6)外表涂层均匀、牢固;
        (7)无显著锈蚀和凹痕、划痕。热电偶的外观检查通过目测和千分尺等来完成。
 
2.2 允差
        热电偶的允差应符合 GB/T 16839.2-1997 的规定。对于贵金属工业热电偶的允差检测前,应先进行清洗和退火。具体步骤应参考 JJG 141-2013 中的相关内容进行。经清洗后若外观仍有发黑、腐蚀斑点和明显的粗细不均匀等缺陷时,作不合格处理。
2.3 热响应时间
        热电偶的热响应时间应符合制造厂在使用说明书上提供的数据。
影响热电偶响应时间的因素有:
        (1)热电偶的结构、尺寸。热电极、保护管的直径愈粗惰性也愈大。这样热电偶达到稳定的时间就愈长,即响应时间长。
        (2)材料不同,导热性能也不同。如金属保护管比瓷保护管导热好,热惰性小,热电偶达到稳定的时间就短,即响应时间短。
        (3)响应时间还随工作状况的变化而不同,就是说相同结构的热电偶,在不同的热交换条件下,其响应时间是不同的。
 
2.4 常温绝缘电阻
2.5 上限温度绝缘电阻
2.6 热电动势稳定性
        热电偶(允差等级为 3 级的 T,E,K,N 型除外)应置于制造厂规定的上限温度维持 250h,试验前后最高检验温度点热电动势的变化量(换算成温度的变化量)应不超过JB/T 9238-1999 《工业热电偶技术条件》的规定。
2.7 运输基本环境条件
        热电偶应能经受 JB/T 9329-1999 规定的碰撞和自由跌落试验。
2.8 标志及使用说明书
        热电偶的铭牌或出厂合格证明书上应注明的信息有:型号;规格:分度号;适用温度范围;允差等级;保护管材料;商标或制造厂名和出厂日期。使用说明书中应提供的信息有:分度表;热响应时间;适用环境;一般适用方法和特殊的技术条件。工业热电偶的 8 个评价项目中,除允差项目需将热电极组件从保护管中去除后检测,其他 7 项均需带保护管进行检测。
 
3 铠装热电偶的评价项目和评价方法
3.1 尺寸
        铠装热电偶测量端起在 5 倍于外径的长度内,热电偶的外径允差应符合 GB/T 18404-2001《铠装热电偶电缆及铠装热电偶》的规定。
3.2 热电动势
        热电动势项目是评价铠装热电偶性能的最重要项目。铠装热电偶的热电动势应符合 GB/T 16839.1-1997 和 GB/
T 16839.2-1997 的规定。
3.3 绝缘电阻
        由于铠装热电偶绝缘材料采用氧化镁、氧化铝等,这些材料都有吸湿性(尤其氧化镁吸湿性大),吸水后会引起绝缘电阻降低,电阻值低,绝缘不好,将会短路,使热电势产生分流现象,引起测量误差,甚至无法测量(示值波动大)。
 
        通过对绝缘型铠装偶常温绝缘电阻的测量,可判断铠装偶的质量,相同长度的铠装偶直径越小电阻越大,直径越大电阻越小。
 
        铠装热电偶的绝缘电阻应在偶丝与套管之间进行测量。对于绝缘型铠装偶有一对热电极的,测量热电极与套管之间的常温绝缘电阻,如果有一对以上热电极的,不仅测量热电极与套管之间,还要测量每对热电极之间的常温绝缘电阻。
 
        在室温绝缘电阻和高温绝缘电阻测量时,样品长度、试验温度和绝缘电阻值应满足 GB/T 18404-2001《铠装热电偶电缆及铠装热电偶》的要求,环境的相对湿度不大于 80% 。
 
3.4 电连续性
        对于绝缘型的铠装偶应对其进行电连续性的非定量检验。
3.5 极性
        铠装偶的每个热电极应按照 IEC 60584-3 第二部分中的规定标明极性。
3.6 焊接封头密封性
        对于绝缘型热电偶采用水淬试验,其他类型铠装偶采用氮气压力试验或液氮试验来确认铠装偶的焊接封头密封性。
3.7 标志
        每只铠装偶应有标签或标志,应标志生产厂家或供应商的名称及以下内同:标称外径;标称长度;热电偶型号;套管类型和允差等级。
 
4 工业热电偶的评价过程中应注意的问题
4.1 铠装热电偶常温绝缘电阻的测量
        测量铠装热电偶的常温绝缘电阻时,应根据铠装偶的直径选择不同的绝缘电阻测量仪器。
4.2 铠装热电偶热电势检测温度点的确定
        铠装热电偶热电势项目的检测温度点的选择,可根据铠装偶的直径选择校准温度点,原则上应选择不少于3 个温度点。
 
4.3 工业热电偶参考端的连接方式
        工业热电偶热电势项目检测时,要使热电偶参考端为 0℃。目前国内有些部门使用热电偶自动检测系统。为了操作方便,热电偶参考端补偿,使用铂电阻、铜电阻等测量环境温度,补正热电势,给测量结果带来误差。主要原因有两点:
        (1)如果热电偶参考端不为 0℃,其参考端温度和其靠近的环境温度是有区别的,特别是校准粗短的热电偶,由于热电极热传导的影响,末端的温度要高于邻近的温度。这样使用标准温度计或温度传感器(Pt100 或Cu50 等)测量环境温度,只反映环境温度的变化,不能真正地反映热电偶参考端(热电极末端)温度的变化(标准温度计或温度传感器放置位置的远、近也会带来不同程度的误差)。
        (2)用标准温度计或温度传感器(Pt100 或Cu50 等)测量热电偶参考端温度,将测得的环境温度用分度表的值进行换算,得到一个计算的补正热电势,对热电偶进行热电势补正。但是每支热电偶(接同一型号补偿导线)有各自的热电特性。在此环境温度下,热电偶参考端热电势与计算(标准化)的热电势是不同的。所以,对热电偶进行模式化的补正,不能真实地反映被校热电偶的热电特性。
 
        上述热电偶参考端的测量和热电势补正的方法,都会给校准结果带来误差 (能达到 1℃ )。所以,热电偶参考端应为 0℃。如果参考端插入冰点温器较困难,要采用加修正值的补偿导线作为连线(补偿导线两极组成的热电偶,其热电特性与所配热电偶的热电特性相同,能消除热电偶参考端温度变化的影响),使热电偶参考端远离热源,再使信号输出端为 0℃。
 
4.4 补偿导线的连接
        工业热电偶热电势项目检测时,若使用补偿导线,切勿将其极性接反,否则测量结果会因此产生两倍环境温度的电势值的误差。
 
4.5 恒温时间
        铠装热电偶热电势项目检测时,使用管式炉内加装均温块进行检测,达到设定温度后,恒温至达到热平衡。较粗的铠装偶恒温时间要长一些,有可能标准器稳定了,但被校铠装偶示值还在波动。
 
        检测时,若发现某一根铠装热电偶电缆或几根电缆的热电势极不稳定,甚至可以看到数字多用表上的0.1m V数位都漂浮不定,导致无法读取数据。这种情况应终止检测工作,将其中一根热电势波动很大的铠装热电偶电缆单独进行检测,若检测结果正常则是由于电缆的圈数多,升温过程中电磁感应造成的;若仍然波动很大,则应根据以上现象和铠装热电偶电缆生产工艺特点综合分析,查找原因。
 
4.6 补偿导线修正值的使用
        工业热电偶热电势项目检测时,如果接补偿导线,数据计算时,注意加修正值。
4.7 新制铠装热电偶,检测前不进行退火
        在铠装热电偶的相关标准中,规定新制铠装偶退火后再进行示值的校准。针对这个问题,笔者选取了不同型号铠装偶,在不同的校准温度点进行了退火前、后(一次、二次退火)示值的大量试验,无论是第一次退火还是第二次退火的示值与退火前的示值比较,最大相差约是允差的十分之一。通过试验结果表明,如果偶丝材料出厂前能充分的退火,新制铠装偶退火与否对校准结果影响很小。所以,新制铠装热电偶可略去检测前退火的工作。
 
5 结语
        本文主要介绍了工业热电偶的分类;工业热电偶的技术标准评价体系,其中包括普通工业热电偶和铠装热电偶的评价项目和评价方法。最后作者结合日常检测工作经验总结了工业热电偶技术标准评价过程中的有关注意事项,对工业热电偶检测以及工业热电偶行业生产质量的提高具有重要意义。

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