溫度檢測的重要性

 

    化工生產是一個非常復雜的物料平衡變化過程，生產進行的程度通常無法直觀的觀察，只能通過一些能反映過程變化的參數來間接的認知，進而進行相應的操作，以保證生產的平穩運行。雖然表征生產進行程度的參數很多，但對于一個復雜生產的整個過程，一些特定表征參數很難全面的反映出生產的進行程度。物料平衡變化的同時也發生能量的產生和轉移，無論是物理反應還是復雜的化學變化，都可通過能量的檢測來判斷生產的進程。溫度是表征能量大小的物理參數，因此對于化工生產我們只需檢測一些關鍵點的溫度就可判斷出生產進行的程度，從而能夠控制生產提高產能減少能耗保證安全，所以溫度檢測是化工生產中一個非常重要的參數。

 

    溫度檢測的手段

 

    化工生產的溫度檢測分為就地指示和遠傳顯示控制兩大類，就地指示比較簡單通常使用雙金屬熱電阻精度較差通常不作為生產控制調節的依據。遠傳溫度儀表把現場測量點的溫度遠傳到控制室顯示和控制是生產的重要參數，作為生產控制的重要手段要求準確可靠。

 

    相比化工生產中繁雜的各類檢測儀表，溫度檢測是傳統四大檢測參數中類型最少結構最簡單的儀表。現場使用的遠傳溫度檢測儀表通常只有三大類：

 

    高溫輻射式溫度計，用于生產溫度長期處于1000度以上的生產場合，這類儀表在大多數生產中應用較少。

 

    熱電阻溫度儀表，通常用于低于200度以下生產的低溫場合。應用最多的是各種機泵設備本身的溫度檢測，用來檢測設備運行的溫度防止超溫損壞設備。

 

    熱電偶溫度檢測儀表，因為測溫范圍廣可以從-200——1200度范圍內使用是化工生產中應用最廣泛的溫度檢測儀表。熱電偶根據使用的溫度范圍又分為很多型號，其中應用最為廣泛的是K型熱電偶。雖然不同型號的熱電偶的材質不同，但它們的測溫原理相同。

 

    熱電偶測溫原理

 

    熱電偶是一個非常簡單檢測儀表，只要把兩根不同材質的導體一端焊接在一起，就可以制成一個熱電偶溫度計。如此簡單構造儀表的測溫原理是金屬導體的熱電效應，這種熱電效應有兩部分構成：接觸電勢和溫差電勢。

 

    熱電偶熱端實物如圖所示：

 

    接觸電勢

 

    接觸電勢是熱電阻能夠測溫的主要原因。如同電子器件中的二極管PN結一樣，熱電偶的熱端是由兩種不同材質的導體焊接在一起，由于導體密度的不同會產生一個電子密度差，在這個密度差的作用下兩導體接觸面由于電子的擴散速率不同就會產生一個變化的電場，當接觸面溫度不變時電子擴散會達到一個動態平衡，產生一個恒定的靜電場——接觸電勢。

 

    同溫不同材質下的接觸電勢

 

    當溫度恒定時，接觸電勢大小只與熱電偶兩個導體的材質有關。如同二極管的硅管與鍺管的導通電壓大小不同一樣，不同材質組成的熱電偶在同一溫度下的接觸電勢是不一樣的。從而不同型號的熱電偶在同一溫度下的電勢不同，因此熱電偶分為很多型號和不同的使用范圍。

 

    同材質不同溫度下的接觸電勢

 

    同一型號的熱電偶不同溫度下的接觸電勢不同，這是因為當熱電偶接觸端（兩導體焊接在一起）的電子擴散在溫度變化時平衡會被打破，進行新的電子擴散達到新的平衡點，此時兩導體產生的靜電場——接觸電勢與先前的電勢不在相同。如同二極管在不同溫度下的靜態參數不同一樣，此時熱電偶會產生一個變化的電勢。

 

    對于一個已經制造好的成品熱電偶，其接觸電勢的大小與熱電偶接觸端的溫度成對應關系，溫度高，電勢大，因此把這種接觸電勢叫做熱電勢。

 

    溫差熱電勢

 

    溫差電勢是熱電偶能夠表征溫度的主要原因。溫度是用來表征能量大小的一個人為規定的物理量，雖然有絕對意義上的零點，但與我們的生活相差太大，如同氣壓一樣我們平常所說的溫度零度是攝氏零度，是一個人為設定的零點。測溫儀表的信號需要一個基準對照溫度才能把溫度復現出來，這個基準就是我們日常生活中所用到的攝氏零度。

 

    溫差熱電勢產生原因如圖：

 

    熱電阻使用中產生的熱端接觸電勢，需要遠傳到控制室內進行溫度復現，溫度的復現需要基準攝氏零度作為依據，但控制室內很難也無法做到恒定的零攝氏度的溫度基準，為保證熱電勢在傳輸中不發生溫度梯度變化失真，需要一個能夠把現場熱電勢延伸到控制室內的措施——溫差電勢延伸。