火力发电厂热电偶测温的误差分析

摘要:热电偶是火力发电厂最常用的测温元件,参数测量事关机组安全稳定运行。火力发电厂热电偶尽管结构简单,使用中仍然会产生较大测量误差。通过对热电偶测温精度的分析,了解掌握误差产生的原因,从而对这些引温误差的因素和对热电偶测温元件的特性有一定的了解,通过采取必要的措、施,有些误差是可以避免和减小的，这对提高测量精度,延长使用寿命。
1热电偶测温误差分析及预防措施
1.1沿测温元件导热引起的误差
1.1.1引起误差的主要原因有以下三个方面:①测温管段向外散热。②热电偶插人深度。③热电偶的壁厚热电偶的材料。
1.1.2针对以上问题可采取的措施:①对外露部分进行保温,减小管外换系数。②增加热电偶插人深度,减小测温管尺寸,即管径要细,壁要薄,但与测温管的强度和寿命有矛盾,因此测温管多采用陶瓷、不锈钢材料以降低磨损.③为增加热系数选择测温点时,要尽量选在管道液体速度较大的地方。
1.2热辐射弓起的误差
1.2.1误差原因:在测量中被测容器壁温度常与介质温度不致,例如测量锅炉炉膛温度时,炉壁温度要低很多,热电偶要比器壁温度高很多,因此它们之间将发生辐射换热,在测量较高温度时,这项误差要比导热误差大很多,被测介质温度越高,误差也越大。
1.2.2为了正确测定温度,可以采取以下措施:①在测温元件外部加同温屏蔽罩。使测温元件不直接与器壁进行辐射换热,而只与其温度接近的屏蔽罩进行辐射换热,从而减小测量误差。②增加气流和测温元件之间的对流换热系数。由传热学知道,气流速度越大,对流换热系数越大。因此要将测温元件插到气流速度最高的地方,或用其他措施来提高气流速度，目标前用得最多的是抽气热电偶。③测温元件的套管尽量用黑度系数小的材料或抛光表面。
13热惯性引起的误差
1.3.1误差原因:用热电偶测量快速变化的温度时，由于测温元件热惯性的影响,其温度变化跟不上被测对象的变化，此时将产生动态误差。例如,当被测介质温度发生阶跃变化时,热电偶的温度变化是逐渐的,经过--段时间才能达到新的平衡对于经常波动的被测温度，动态误差的出现更为频繁。
1.3.2为了改善动态误差,缩短迟滞,减小动态误差,可采用下面办法:
①减小热电偶测量端的体积以减小测量端的热容。②选用比热小，导热好的套管材料，在保证强度下使套管壁厚较小,使测量端紧靠套管端部或在两者之间填充-些导热好的材料,或将测量端直接焊在套管端部甚至不用套管使测量端裸露,这样能减小热量传递中的热阻。③增大测量端与被测介质的接触面积以增大传热系数,但要仅仅是增大测量端的面积而不增大体积。
1.4热电偶对被测温场的影响引起的误差
1.4.1误差原因:在采用接触法测温时,由于热电偶的置入或接触,对被测温场产生影响而引起误差。例如用接触法测量薄金属板的温度,而物体的表面温度测量较多的是采用热电偶,这是因为热电偶有较宽的测温范围,较小的测量端，能测量‘点"的温度，而且测量的精度较高。但是由于热电偶结点接触于表面,热量必然要沿热电偶导出,使热电偶与表面接触处温度低于表面温度这个误差称为热电偶导热误差。其次，由于热电偶的热电势值决定于接点的温度，它和表面温度有个差值,这个误差称为热电偶的接点导热误差,它的大小与热偶丝的直径热电偶测量端的接触形式、被测表面的导热能力等有关。
1.4.2为了减小热电偶导热误差,可以采用下面一些办法:①在保证强度条件下,尽量减小热电偶丝直径;②增大热电偶测量端与被测表面的接触面积;③为了减小热电偶丝与周围介质的对流换热，选择热电偶的地方应避开气流。
1.5热电势比实际值偏小
1.5.1热电极短路或氧化变质
15.1.1有的热电偶使用工况比较恶劣，氧化铝绝缘子接触到一些低熔点或含铁含碳杂质,导致绝缘强度降低;有的现场水汽较大,导致热电偶受潮;有的是用不当致使电极在高温下氧化变质;这些因素都会使测量电压值降低。
1.5.1.2查找原因,对症处理:①如因潮湿所致,需进行千燥;②如因绝缘子损坏所致,则需更换绝緣子;③如因热电极氧化变质,在长度允许的情况下,根据变质部位剪去变质段或重新焊接;④如因接线柱处积灰等,则清扫积灰。
1.5.2补偿导线绝缘降低
1.5.2.1原因:①最常见的是靠近接线盒部位,温度高,表面看不出问题,实际上,补偿导线的绝缘胶已经在高温下部分碳化,绝缘强度极低,甚至短路;②使用年限过长,导线老化;③机械损伤,致使导线绝缘层受到破坏。
1.5.2.2查找原因,对症处理:①如果损伤较重,或是导线老化,重新更换新的补偿线;②如果损伤段较小，则做相应包扎处理即可。
1.5.3补偿导线极性接反。因补偿导线在一-定范围内的热电性能与热电偶是一样的,如极性接错会增大热电偶的冷端误差,造成测量偏差。
1.5.4补偿导线型号不对，不同型号的热电偶要配用相应型号的补偿导线,如果用错了补偿导线,将会带来测量误差。如补偿导线的分度和极性不明，可以将两个线芯的端头拧在一起浸人沸水中,另--端接该分度的显示仪表,应显示100摄氏度左右,说明分度号对的,如相差较远则是分度号错了。可以用这种方法进行型号判断。
1.5.5冷端环境温度不稳定
　　使用补偿导线的作用，除了能节省大量的价格较贵的金属和便于安装和线路敷设外,还有一个更重要的作用,那就是将热电偶的参考端从高温处延长到环境温度相对稳定的地方,如果所选环境温度不稳定,不断波动的话,也将会产生测量误差。
1.5.6温度补偿电阻误差
　　冷端环境温度-般采用温度补偿电阻来实现，如果此电阻测量温度精确度不高,或是线性度不好,也将会产生欠补偿或者过补偿，带来较大的测量误差。
1.6未根据测量工况,合理选用热电偶
　　热电偶有贵金属与贱金属之分。同贵金属热电偶相比,贱金属热电偶具有灵敏度高，热电特性近似线性,可在还原性气氛中使用,但抗氧化耐腐蚀性欠佳，热电极均匀性差,高温稳定性差寿命短。贵金属的缺点和优点正好与贱金属相反。在高温下其热电特性较为稳定,长期使用的最高温度可达1600℃,短期使用温度可达1800C,但价格偏高。对于这种情况,应根据实际工况要求选择相应材料的热电偶。
2结论
　　通过对热电偶测温方法及误差来源的分析，对热电偶测温元件引起误差的因素有了系统认识。热电偶的不稳定性、不均匀性都会引起测量误差,热传导以及热电偶安装使用不当也会引起测量误差，另外有一些误差是由于制造过程或是测量系统及仪器本身存在的误差,有些则是人为造成的。熟知这些引起测温误差的因素和热电偶测温元件的特性，可以避免和减小有些误差。对提高测量精度,延长热电偶使用寿命有一定帮助。