热电偶在工业生产中的应用.docx

热工仪表论文题目：热电偶在工业企业中的应用综述学院：冶金与能源工程学院专业：热能与动力工程姓名：阚世朋学号：201110202136年级：2011级班级：动力111热电偶在工业企业中的应用综述【摘要】热电偶是温度测量中应用最广泛的温度器件。 他的主要特点就是测温范围宽，性能比较稳定，同时结构简单，动态响应好， 便于自动控制和集中控制。文章主要介绍了热电偶的结构及其工作原理、应用现状、应用前景，分析探讨热电偶的发展趋势。Abstract: Thermocouple is the most widely used in temperature measuring the temperature of the device. His main characteristic is the wide temperature range, stable performance, at the same time, simple structure, good dynamic response, easy to automatic control and centralized control. This paper mainly introduces the structure and working principle of thermocouple, application status, application prospect, analyze the development trend of thermocouple.【关键词】热电偶 结构 原理 应用 前景 前言：随着科学技术的不断发展，热电偶已成为目前温度测量领域中应用最广泛的温度元件之一。热电偶是一种感温原件，它直接测量温度，直接把温度信号转换成热电动势信号， 随后通过电气仪表转换成被测介质的温度。其主要优点是：测量温度范围广，可以在1k 到2800的广泛温度领域内进行测量，性能稳定，准确可靠。此外，还有结构简单，热惯性小，动态响应速度快，信号能够远距离传送和多点测量等优点，便于实现集中检测与控制。因此，在工业生产和科学研究领域中广泛地应用热电偶来测量温度。一热电偶的工作原理与分类1. 热电偶的工作原理任意两种材质不同的金属导体或半导体（ 称为热电偶丝材或热电极）A 和B 首尾连接成闭合回路, 只要两接点T1和T2 的温度不同, 就会产生热电势, 形成热电流, 这就是热电效应。而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（ 也称为测量端） ，另一端叫做冷端（ 也称为补偿端） ；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度.热电偶原理图对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：（ 1） 热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；（ 2） 热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；（ 3） 当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A 和B 焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A 和B 的两个执着点1 和2 之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。2.热电偶的分类一般国内真空热处理炉选用的热电偶的类型为：PT100 铂电阻、K 型热电偶、N 型热电偶及S 型热电偶。而国外的不同之处在于高温段选用的热电偶有所不同，新增加了B 型热电偶与R 型热电偶。（1）PT100 铂电阻PT100 铂电阻表示在0 时，其阻值为100 欧姆。随着温度的上升它的阻值成匀速增长，根据阻值的变化来测定其温度的变化。PT100 铂电阻在真空热处理炉上的应用比较少，在测量水温、油温的时候会用到，一般使用温度为0 300 。（2）K 型热电偶K 型热电偶的学名为镍鉻- 镍硅热电偶。K 型热电偶的优点是：在准确度、稳定性、均匀性等方面较好，价格便宜。其缺点是300 500 和800 左右两个区间电动势不稳定。K 型热电偶是一种廉金属热电偶，使用测量范围0 1 200 ，长期使用温度为1 100 左右，短期为1 200 。（3）N 型热电偶N 型热电偶的学名为镍鉻硅- 镍鉻热电偶。N 型热电偶的优点是准确度、稳定性、均匀性等各方面较好，价格便宜，同时克服了K 型热电偶在300 500 和800 左右两个区间电动势不稳定。N 型热电偶也是一种廉金属热电偶，测量范围0 1 200 ，长期使用温度为1 100 左右，短期为1 200 。（4）S 型热电偶S 型热电偶就是我们通常所说的铂铑热电偶，学名为铂铑10- 铂热电偶。S 型热电偶在真空热处理炉中常用的温度为800 1300 ，这也是S 型热电偶测量精度最高的温区。而在800 以下测温精度不高，1 300 以上热电偶容易损坏。S 型热电偶的优点是：准确度高、稳定性好、测量温区宽、使用寿命长等；缺点是：价格昂贵，对污染非常敏感。（5）R 型热电偶R 型热电偶的学名为铂铑13- 铂热电偶。R 型热电偶长期使用温度为1 300 1 500 ，短期可达到1600。R 型热电偶的优点是：准确度高、稳定性好、寿命长；缺点是：价格昂贵、对污染敏感。（6）B 型热电偶B 型热电偶的学名为铂铑30- 铂铑6 热电偶。B型热电偶长期使用温度为1300-1600，短期可达到1 800 。B 型热电偶的优点是：不需要用特殊的补偿导线、准确度高、稳定性好、测温上限高、寿命长；缺点是：价格昂贵，对污染灵敏。为了更好地对比各种类型的热电偶，我们可以做出下面的表格，以便更加清晰地认识到各种热电偶，如表1 所示。工业用热电偶作为温度测量仪表, 通常用来和显示仪、记录仪等配套使用, 以直接测量各种生产过程中从0 e + 1800 e 范围内的液体、蒸汽和气体介质以及固体表面的温度。并可根据用户的要求做成铠装、装配、防爆等适合多种工业现场和实验室要求的产品。1. 热电偶的分度号与测温范围的关系( 见表1)二应用现状1.在机械行业中的典型应用机械行业的大型热处理炉的温度均匀性测量非常重要，是决定炉子是否合格、所处理的工件是否合格的前提条件，急需一种测温高的同时柔韧性好、测温精度高、可靠性高的热电偶。比如飞机机翼等大型部件，整体进行热处理时，在几百立方米的加热空间里，要求温度均匀性不超过 6（二等炉子），而且为了适应为波音、空客生产配套零部件的需要，在校准测试或系统精度测试中还要求使用特1级测温精度的廉金属热电偶（即1.1或0.4%）。以前这些企业普遍采用玻璃纤维或陶瓷纤维编织绝缘，或裸偶丝穿瓷柱绝缘的软体K 型热电偶测试，经常因为耐温性或柔韧性或测温精度等问题，难以满足测试需要。单芯铠装热电偶原本就是针对航空企业的大型热处理炉的温度均匀性测试开始研制的，不仅完全满足了大型热处理炉的温度均匀性需要，而且开创了一种全新结构的通用热电偶。再如大型水压机热锻，锻件重达几百吨，退火时测温点有二十多个，每个测温点长达20 米，每个加热周期二十余天，其中还伴有喷水冷却，使用温度高达1000。以前使用高温合金套管的 6 铠装K 型热电偶，因为太硬操作极不方便，经常一个周期不到就因为开裂或折断或断路而导致测温失效。使用高温合金套管的 3.0 单芯铠装K 型热电偶，安装方便，测温精度高可靠性高，得到了用户的一致好评。2. 在热电偶生产企业中的应用单芯铠装热电偶是一种通用热电偶，以前使用热电偶的场合绝大多数都可以使用单芯铠装热电偶，具有铠装热电偶电缆生产能力的企业都可以生产单芯铠装热电偶，具有热电偶生产能力的企业也可以通过购买单芯铠装热电偶电缆生产单芯铠装热电偶。制造单芯铠装热电偶电缆时，不用担心同极或正负极打绞，也几乎不用担心不合格，与常规铠装热电偶电缆的生产过程、工艺方法和设备工装一样，不需另外投资设备即可大批量生产。我国第一家批量生产铠装热电偶电缆的重庆川仪，虽然是从日本引进全套设备和技术，铠装热电偶电缆的平均合格率也不超过90%。同等条件下如果生产单芯铠装热电偶，合格率至少达到99%，仅合格率提高一项每年即可减少损失100 万元以上。单芯铠装热电偶不仅可轻易实现级精度，还可大量达到特级精度（ 1.1或0.4%）。3. 在热电偶使用大户中推行自行加工和重复利用铠装热电偶的制作难点就在测量端的焊接，由于偶丝较细，既要焊牢又不过烧， 1.5 以下甚至要在显微镜下才能操作，这对操作者的要求很高，给质量控制和产品可靠性都带来不利。单芯铠装热电偶的偶芯直径粗，是套管壁厚的2倍，普通焊工即能焊好，不会出现虚焊、假焊、过烧等常见的加工缺陷，解决了常规铠装热电偶的“细径难焊”问题，且柔韧性好，有利于单芯铠装热电偶的使用和重复利用。对于较长的单芯铠装热电偶，测量端损坏后，使用者可剪掉烧坏部分，重新焊接测量端后即可继续使用。用户也可直接购买单芯铠装热电偶材料，自己焊接测量端和制作接线端。所以说单芯铠装热电偶实现了简易热电偶方法，方便了使用单位自制热电偶。三应用前景分析1. 热电偶的市场总量分析热电偶属于现场检测用温度仪表，在所有检测与控制仪表中使用最普遍、使用量最大；属于易消耗品，使用寿命长的几年，短的只有几天甚至几小时。绝大多数企业都需要热电偶测温，使用多的每年上百万元，少则几千元，主要集中在化工、冶金、机械、电力、建材等行业。粗略统计国内热电偶年需求量约20 亿元，其中装配热电偶约占30%、铠装热电偶约占50%、特种热电偶约占20%。2007 年中国仪器仪表行业协会有会员915 家，其中温度仪表专业约80家。全国现有热电偶生产企业约200 家，其中年产值在3000万元以上的约20余家，主要是温度仪表行业的理事单位，热电偶销售总量在10亿元左右；年产值在1000万元左右的约60家，大多是以生产热电偶为主的新兴民营企业；年产值在500 万元以下的有100 多家，大多是跟风生产的企业。重庆有20多家热电偶生产企业，是全国最重要的热电偶生产基地，如川仪十七厂、材料研究所、迪洋仪表、长江仪表、大正仪表、五通仪表、川仪一厂、热工仪表、力川仪表、同创仪表、大清仪表、欧德仪表、盖德仪表、长川仪表、巨腾仪表、博格仪表等，热电偶的年总产值在3 亿元左右。2. 单芯铠装热电偶的技术经济性能以常规铠装热电偶的性价系数为1，根据各主要性能指标在热电偶使用中表现出的重要度或影响度，确定单芯铠装热电偶的性价系数，各项性价系数的乘积就是单芯铠装热电偶比较常规铠装热电偶的性价比，列表计算见表2。可见，单芯铠装热电偶的性价比是常规铠装热电偶的2 倍以上。2009年以来的金融危机对我国仪表构成的应战，特殊是热电偶温度仪表，至今仍有宏大的影响。将来的若干年，我国热电偶的开展趋向是每一个从事热电偶任务的指导、工程技能人员和治理人员非常存眷的。 在当今中国热电偶市场中，一些中小型装配热电偶企业很多制造通俗规范件，并没有真正为企业带来中心竞争力，反而受制于原资料、人力本钱等前提的转变，从4.8级到6.8级低强度，或8.8级到12.9级高强度热电偶，归纳综合为等级低次的产物充满着主导市场，缺乏效劳在价值链中的增值化，出产进程及设备的柔性化，产物和制造进程的绿色化，更别谈从技能效劳到处理机械紧固方案，完成产物、设计、制造和治理的数字化了。 2011年热电偶全行业的总产量到达680万吨，同比增进9.7%，发卖收入到达660亿元，同比增进10%，再次创出行业前史上的新高点。虽然我国热电偶出产总量和规划早已位居世界首位，但财产实力和竞争力与世界前列的同业业比拟另有很大差距，“大而不强”、“胖而不壮”仍是常常用来描述我国热电偶的词语。在我国新型工业化的历程中，在国民经济“十二五”开展的大格式中，我国热电偶转型晋级仍将有一个大的开展空间，但转型晋级的义务非常艰难。“十二五”是我国耐磨热电偶转型晋级的要害期间，在此时期，热电偶必需在由大变强的进程中迈出坚实的一步。四结论热电偶是当前应用最广泛的测温元件并且在工业生产中的重要性是无可比拟的， 正是由于它们的应用使我们的生产变得更加地方便、快捷、精确。尤其对于N 型热电偶来说，由于它的稳定性好，精确度高等原因，已经在工业生产中逐渐代替K