关于热工测温元件的研究

摘要：本文描述了热工温度测量的问题，并阐述了热工测量温度的一次元件，包括热电阻、热电偶在火力发电厂中的使用说明

关键词：热电偶 热电阻 补偿线 热电势

0 引言

温度是一个重要的物理量，电厂许多重要场所都使用温度测量元件，其中应用最广泛的是热电偶和热电阻，是每一个热工工作人员必须掌握的。

1 热电阻测温元件

1.1 热电阻的概念

利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的感温元件称为热电阻。

1.2 热电阻的工作原理

热电阻的工作原理是基于导体和半导体材料的电阻值随温度的变化而变化，在用显示仪表测出热电阻的阻值，从而得出与电阻值对应的温度。

Rt=Rt0[1+а（t-t0）]

式中：Rt――温度为t℃时的电阻值;

Rt0――温度为t0℃的电阻值;

а――电阻温度系数，即温度变化1℃时的电阻值变化量。

从上式可以看出：只要保持Rt0和t0不变，Rt与t之间有单值函数关系，电阻的大小就反映了温度的高低。这就是热电阻的测温原理。

1.3 热电阻的特点

①测量精度高。

②输出信号大，灵敏度高。

③不需要冷端温度补偿。

④测温稳定性好。

⑤元件结构复杂，热响应时间长。

1.4 热电阻材料的要求

①电阻温度系数大，即变化1℃时电阻值的相对变化量要大。电阻温度系数越大，灵敏度越高，测量越准确。

②电阻值与温度之间要有近似线形的函数关系。

③有较大的电阻率，即在相同的电阻值下电阻元器件的体积可以小些，从而热容量小，对温度的变化响应快。

④在测量范围内要有较稳定的物理和化学性质。

⑤容易得到较纯净的物质，纯度用W100（=R100/R0）表示。

⑥易于加工、价格便宜。

1.5 热电阻的接线方式

根据测量精度要求，热电阻的接线方式分以下两种：

①二线制：A、B两级与导线连接以后上表，适用于测量精度较低的场所。

②三线制：A、B、C三极与导线连接后上表，适用于测量精度较高的场所。三线制主要是消除环境温度和导线电阻随温度变化而变化引起的测量误差。

1.6 热电阻常见的故障与处理方法

表1

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2 热电偶测温元件

2.1 概念

由两种金属导体（热电极）组成的回路。

2.2 测温原理

热电效应：在两种不同的金属导体焊成的闭合回路中，当两焊接的温度不同时，在其回路中就会产生电动势，这种现象叫做热电效应，相应的电动势叫做热电势，在回路中产生的电流称为热电流。

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实用的热电偶焊接一端，称为热端（工作端、测量端），另一端不焊接而接入测量仪表称为冷端（参比端、自由端）。

2.3 产生热电势的条件

①热电偶必须是由两种不同性质、符合一定要求的导体组成。

②热电偶的热端与冷端必须存在温差。

2.4 计算热电势的公式

EAB（t，t0）= EAB（t，0）-EAB（t0，0）

EAB（t，t0）――热电偶的热电势;

A、B――热电偶的两个电极符号。

热电势由热电极的化学成分盒物理性质决定，其大小与热电偶的材料、两端温度有关，而与热电偶的粗细和长短无关。

2.5 热电偶的补偿线

2.5.1 热电偶的补偿线实际上是一对在规定范围（一般为0-100℃）内使用的热电偶丝。采用与热电偶材料相同的金属材料或在规定温度范围内，热电特性与所配接的热电偶相同，且易于获得的价格低廉的金属材料做成，在测温中作为热电偶与二次仪表的连线使用。

2.5.2 使用补偿导线时，必须注意以下四点：

①补偿导线必须与相应型号的热电偶匹配;

②补偿导线在与热电偶、仪表连接时，正负极不能接错，两对接点要处于相同温度;

③补偿导线和热电偶连接点温度不得超过规定使用的温度范围;

④要根据所配仪表的不同要求选用补偿导线的线径。

补偿线把热电偶的冷端（参考端）引到了远离被测物体环境温度比较低的环境，但这个环境不是恒定不变的。由热电偶的测温原理已知热电偶的总电势是冷、热端的电势差。若冷端温度不恒定则无法反映介质的真实温度。

2.6 热电偶测量回路常见的故障（表2）

3 测温元件的应用

随着电厂热力设备日益大容量、高参数发展，以及自动化水平的不断提高，对热工测量的要求愈来愈高，测量元件是计算机来处理大量数据的基础，通过对测温元件的研究，我对电厂温度的测量有了深入的了解，并且能迅速准确的处理热工缺陷，大大提高了工作效率。

参考文献：

[1]吴永生，方可人编.热工测量及仪表[M].水利电力出版社.

[2]火力发电职业技能培训教材编委会.热工仪表及自动装置[M].中国电力出版社.

[3]徐艳聪.热工测量方法分析与改进[J].无线互联科技，2013（12）.