1 概 述
热电偶被广泛应用于工业生产中的温度测量。其基本原理是热电效应,或称塞贝克效应。通常,由两种不同的金属导体将其一端焊接,在另一端连接电测仪表,当该金属导体连接点温度发生变化时,在另一端产生一对应的热电势,通过电测仪表可测取此热电势并确定相应的被测温度。
在工业生产中,有时需要连续测量某区域的最高温度,例如,气化炉或裂解炉表面最高温度的测量,因其最高温度点位置无法确定,采用固定尖端方式测温的普通热电偶难以胜任,本文将介绍一种在此场合下大有作为的特殊测温热电偶———CT2C线状热电偶及其应用。
2 CT2C线状热电偶的结构、原理及性能
2.1 结 构
CT2C线状热电偶主要由四部分组成:热电极、绝缘材料、保护管和端连接件,示意图见图1。保护管内部由两种不同金属材料组成的一对热电极,热电极中间紧密填充具有负温度系数的(NTC)绝缘材料。其端部有阴、阳两种类型的连接件,以便于CT2C线状热电偶的延长及与补偿导线的连接。
2.2 工作原理
CT2C线状热电偶测温时,当T1点的温度(图1(b))高于热电偶沿线其它部分温度时,该T1点热电极间绝缘材料电阻将大大低于其它部分的电阻,从而在T1点形成一个“临时接点”,根据热电效应,热电极产生与T1点温度相应的热电势,因此CT2C线状热电偶输出信号与被测量区域内最高温度相对应,实现热电偶沿线上最高温度的连续测量。
2.3 主要性能
CT2C线状热电偶的热电特性曲线如图2所示。虚线为K型普通热电偶特性曲线。两者的特性曲线几乎平行。CT2C线状热电偶与K型热电偶的热电特性对比如表1所示。
由表1可见,同一温度下,CT2C线状热电偶比K型热电偶的示值要低14℃。
3 CT2C线状热电偶的应用
CT2C线状热电偶主要用途之一是渣油制氨装置中气化炉表面温度的测量。如果气化炉内衬耐火砖局部脱落或烧蚀,会引起炉壳局部温度过高而发生爆炸或伤亡事故。因此需要随时测量气化炉表面温度,了解气化炉是否正常。
3.1 CT2C线状热电偶的分布
气化炉的主体结构是:顶部为半球形,中间为圆柱体。CT2C线状热电偶分布在炉顶和炉子筒体上。测量共分8个区域,分布示意图见图3。即8支CT2C线状热电偶,在炉顶分布对称两支线状热电偶(位号TE-314A、TE-314B)。在炉子筒体部分,以安装炉内温度测量热电偶(位号TE-310、TE-312)为中心,左右30°区域内布四支线状热电偶(位号TE-314C、TE-314D、TE-314E、TE-314F)。
由于此部位安装有炉内温度测量用地漏,此区域内发生故障机率较大,故布线密度较其它区域大一些。在炉内筒体剩余的两个120℃区域内各布一支线状热电偶(位号TE-314G、TE-314H)。CT2C线状热电偶的分布是采用分块、对称、往返的方式。
3.2 CT2C线状热电偶的连接方式与安装
CT2C线状热电偶的使用与普通热电偶的使用方法相仿,即可与K分度号的显示装置配合使用。但基本连接方式比较特殊,一般采用两侧连接,即将热电偶的两端并联,连接方式见图4,采用此方式连接,对温度测量有较高的可靠性,如果热电偶不慎切断,并形成开路则不影响最高温度点的测量和指示。
CT2C线状热电偶用焊在气炉表面固定螺栓和压条、压块固定,示意图见图5。
3.3 CT2C线状热电偶的应用特点
CT2C线状热电偶具有良好的互换性,换用不同长度的热电偶及环境温度变化均不会影响测量结果,因此不必对检测系统进行任何调整;线状热电偶与其它热阻型的热敏电缆或线性热敏元件相比还有一个重要的区别,它无需电源;线状热电偶允许弯折与盘绕,给系统的安装与维护提供方便。
3.4 使用情况
镇海、新疆、宁夏三个渣油制氨装置中气化炉表面温度的测量均采用CT2C线状热电偶,其工作稳定、可靠。此热电偶正常使用温度在150℃以上,在正常指示前有一个活化过程,活化过程时间与温度高低有关,根据有关实验及经验估计,在600℃左右,活化时间需2 h左右;200℃以下,使用下限以上活化时间需要数天,此时热偶对温度反应不很灵敏,即温度迅速变化不能反应。在正常使用时,此热电偶能够准确指示气化炉表面最高温度,并且理想可靠。
4 结束语
CT2C线状热电偶的突出优点是能自动适应最高温度点的变化,从而测量其最高温度,因此此热电偶还可以应用于类似火灾防护系统等普通热电偶难以适应的特殊场合。
