熱電偶熱電阻原理與常見故障處理

第一部分

一、熱電偶測溫基本原理

熱電偶是中高溫區最常用的一種溫度檢測元件。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。
熱電偶的工作原理
        兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。熱電偶按材料分最常用的為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，兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來，構成一個閉合回路。置于被測溫度為t的介質中，稱為工作段，另一端為自由端，放在溫度為t0的恒定溫度下，當工作段的被測介質溫度發生變化時，熱電勢也隨溫度發生一定規律的變化。
    熱電偶產生的熱電動勢，其大小只與電極材料與兩端的溫差有關，而與熱電極的長度和直徑的粗細無關。
    采用熱電偶為測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別。

熱電偶產生熱電勢的條件是兩熱電極材料相異、兩接點溫度相異。

二、熱電偶的特點

⑴、結構簡單、更換方便；⑵、壓簧式感溫元件，抗震性能好；⑶、測量精度高；

⑷、測量范圍大；⑸、熱響應時間快；⑹、機械強度高，耐壓性能好；

⑺、耐高溫可達2800度；⑻、使用壽命長；

三、熱電偶測溫為什么使用補償導線

  熱電偶在測量溫度時，其參比端是穩定而可靠的，而在實際測量中，其參比端靠近熱源，溫度不穩定，而補償導線的熱電勢在0-100℃的范圍內與熱電偶的幾乎完全一樣，用補償導線能夠將熱電偶延長，使參比端穩定，使測量成為可能。

四、常見故障現象及排除方法

故障現象	可能原因	處理方法
熱電勢比實際值小（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
	補償導線線間短路	找出短路點，加強絕緣或更換補償導線
	熱電偶熱極變質	在長度允許的情況下，減去變質段重新焊接，或更換新熱電偶
	補償導線與熱電偶極性接反	重新接正確
	熱電偶安裝位置不當或插入深度不符合要求	重新安規定安裝
	熱電偶冷端溫度補償不符合要求	調整冷端補償器
	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
熱電勢比實際值大（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
	補償導線與熱電偶不配套	更換補償導線使之相配套
	有直流干擾信號進入	排除直流干擾
熱電勢輸出不穩定	熱電偶與顯示儀表不配套	將接線柱螺絲擰緊
	熱電偶測量線路絕緣破損，引起斷續短路或接地	找出事故點，修復絕緣
	熱電偶安裝不牢或外部震動	緊固熱電偶，消除震動或采取屏蔽措施
	熱電極將斷未斷	修復或更換熱電偶
	外界干擾（交流漏電，電磁廠感應等）	查出干擾源，采取屏蔽措施
熱電偶熱電勢誤差大	熱電極變質	更換熱電極
	熱電偶安裝位置不當	改變安裝位置
	保護管表面積灰	清除積灰

五.安全注意事項

⑴、對可能導致工藝參數波動或帶聯鎖報警裝置及調節閥的檢修作業，必須事先取得工藝人員的認可，并辦理相關檢修票證。

⑵、根據安裝位置和所測設備的實際情況正確選擇測溫套管及密封墊片的材質、分度號。

⑶、檢修時注意儀表接線不能出現短路、接地等現象，計算機電纜的屏蔽也不能出現接地現象。

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

為了保證熱電偶溫度計可靠、穩定地工作。對它的結構要求如下：

1.組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；

2.兩個熱電極彼此之間應該有很好的絕緣，以防短路；

3.補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；

4.保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

二、熱電偶測溫常見故障現象、原因及處理方法

1.熱電勢比實際值小（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：補償導線線間短路

處理方法：

1）找出短路點，加強絕緣或更換補償導線。

故障原因4：熱電極變質

處理方法：

1）長度允許時剪去變質段，重新焊接，或者更換熱電偶

故障原因5：補償導線與熱電偶極性接反

處理方法：

1）重接熱電偶和補償導線

故障原因6：補償導線與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的補償導線

故障原因7：冷端溫度補償器與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的冷鍛溫度補償器

故障原因8：冷端溫度補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；對于提供編輯功能的儀表，可對儀表的熱電偶類型進行更改。

故障原因10：顯示儀表未進行機械零點校正

處理方法：

1）正確進行儀表機械零點調整

故障原因11：熱電偶安裝位置不當或插入深度不符合要求

處理方法：

1）按規定重新安裝。

熱電勢比實際值大（顯示儀表指示值偏高）

故障原因1：補償導線與熱電偶不配套

處理方法：

1）更換配套的補償導線

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；對于提供編輯功能的儀表，可對儀表的熱電偶類型進行更改。

故障原因3：顯示儀表與熱電偶不配套

處理方法：冷端溫度補償器與熱電偶不配套

1）更換配套的冷端溫度補償器

故障原因4：有直流干擾信號

處理方法：

1）找到干擾源，消除直流干擾信號

3.熱電勢輸出不確定

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：熱電偶測量線路絕緣破損，引起斷續短路或接地

處理方法：

1）找出故障點，恢復絕緣

故障原因3：熱電偶安裝不牢或外部振動

處理方法：

1）緊固熱電偶，消除振動或采用減振措施

故障原因4：熱電極將斷未斷

處理方法：

1）修復或更換熱電偶

故障原因5：外界干擾（如交流漏電、電磁場等）

處理方法：

1）找出干擾源，采取屏蔽措施

4.熱電勢誤差大

故障原因1：熱電極變質

處理方法：

1）更換熱電偶

故障原因2：熱電偶安裝位置不當

處理方法：

1）更換安裝位置

故障原因3：保護套管表面積灰

處理方法：

1）消除積灰

第三部分

熱電阻是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱是阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。

一、熱電阻測溫原理

   熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用最多的是鉑和銅。

我們公司中采用了大量的PT100型號的鉑熱電阻體。PT100類型電阻體對應0℃時阻值為100Ω。標準的熱電阻回路國內一般采用三線制，采用三線制是為了消除連接導線電阻引起的測量誤差。這是因為測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橋臂電阻，其連接導線（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境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導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，這樣消除了導線線路電阻帶來的測量誤差。

二、接線方式

三、常見故障及處理

故障現象	可能原因	處理方法
顯示儀表指示值比實際值低或示值不穩	保護套管內有金屬屑、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，加強絕緣
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
組織與溫度關系有變化	熱電阻絲材料受腐蝕變質	更換熱電阻
顯示儀表指示負值	顯示儀表與熱電阻接線有錯，或熱電阻有短路現象	改正接線，或找出短路處，加強絕緣

四、安全注意事項

⑴、對可能導致工藝參數波動或帶聯鎖報警裝置及調節閥的檢修作業，必須事先取得工藝人員的認可。

⑵、根據工藝介質正確選擇測溫套管及密封墊片的材質。

⑶、檢修時注意儀表接線不能出現短路、接地等現象，計算機電纜的屏蔽也不能出現接

第四部分

一、顯示儀表指示值比實際值低或示值不穩

故障原因1：熱電阻元件插深不夠，沒有頂到保護套管端部。

處理方法：1、查明套管長度，選用合適長度的熱電阻元件，安裝時保證熱電阻元件頂到套管端部。2、清理保護套管內的鐵屑、灰塵

故障原因2：保護套管內積水

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

故障原因3：熱電阻測量回路短路或接地

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、如熱電阻元件內部短路或接地，應更換熱電阻。

二、顯示儀表指示偏大

故障原因1：熱電阻測量回路斷路

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、如熱電阻元件內部斷路，應更換熱電阻。

故障原因2：熱電阻接線端子虛接或接觸不良

處理方法：1、檢查接線端子及導線，去除氧化部分；2、緊固接線端子。

三、顯示儀表指示負值

故障原因1：熱電阻測量回路接線錯誤

處理方法：1、使用萬用表檢查熱電阻回路，恢復正確接線順序。

故障原因2：熱電阻測量回路有干擾

處理方法：1、檢查熱電阻測量回路應使用屏蔽電纜。2、檢查熱電阻測量回路，與動力電纜之間最小距離應符合電纜敷設規定。3、檢查電纜屏蔽應單端可靠接地，接地線應連接牢固可靠。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、熱電阻值與溫度關系有變化
故障原因1：熱電阻絲材料腐蝕變質
處理方法：1、更換熱電阻。