工業(yè)爐上熱電偶補償導(dǎo)線的不當使用

摘要:通過6個故障實例說明了工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場所應(yīng)用的熱電偶補償導(dǎo)線不當使用引發(fā)的設(shè)備運行事故和生產(chǎn)事故。分析了事故產(chǎn)生的原因。指出了為避免同類生產(chǎn)和設(shè)備事故應(yīng)該采取的關(guān)于工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場熱電偶配套補償導(dǎo)線的配置、運行、操作方式的12個要點以及相關(guān)的技術(shù)措施。
       傳感器的正確、規(guī)范化應(yīng)用是保障測量與控制設(shè)備正常運行、在工業(yè)生產(chǎn)中實現(xiàn)工藝技術(shù)的關(guān)鍵。工業(yè)加熱爐作業(yè)現(xiàn)場常見測溫傳感器與計量控制儀表配置和使用不當所致的設(shè)備運行故障和生產(chǎn)事故。這些故障和事故使溫度計量和控制不能正確實現(xiàn)，會影響熱加工生產(chǎn)的進程和作業(yè)效率、造成產(chǎn)品質(zhì)量的降低;嚴重時還會使產(chǎn)品批量不合格，甚至造成電爐設(shè)備的損壞導(dǎo)致停產(chǎn)、引發(fā)電爐損壞事故。所以，在工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場必須保證溫度傳感器、裝置儀表使用與配套的合理、規(guī)范。熱電偶是工業(yè)加熱現(xiàn)場常用的測溫傳感器。根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場積累的實踐經(jīng)驗，記錄了--些因熱電偶所用補償導(dǎo)線配置或使用不當引發(fā)的典型工業(yè)電爐設(shè)備、生產(chǎn)故障，對其中的一些關(guān)于補償導(dǎo)線的故障加以分析討論、供從業(yè)人員在工業(yè)加熱生產(chǎn)現(xiàn)場進行電爐設(shè)備維護、管理與生產(chǎn)運行工作時參考。熱電偶只是工業(yè)加熱用電爐溫度顯示和控制系統(tǒng)的一-個傳感器器件,在以下的分析中,為簡潔突出重點，除特殊指出外，我們假定供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均為完好無故障狀態(tài)。
1補償導(dǎo)線和熱電偶不配套使用的故障
1.1故障實例
       熱加工車間1300℃高溫電阻爐大修后試車,發(fā)現(xiàn)在高溫區(qū)1000℃以上溫度指示偏大嚴重。800℃及以下時溫度顯示數(shù)值也偏大。
1.2故障現(xiàn)場處理及原因分析
1)處理方法
       熱電偶及顯示儀表在大修時均進行了規(guī)范校正和標;定，大修后安裝也符合操作施工規(guī)程。本設(shè)備采用的熱電偶為鉑銠10-鉑。按照儀表指示顯示的數(shù)值保持電爐溫度800℃，用毫伏計測定變送器輸人端毫伏值和熱電偶輸出端毫伏值，測得的指示儀表毫伏值雖然與800℃溫度顯示一致，但對照分度表發(fā)現(xiàn)與鉑銠10-鉑熱電偶的分度值累加冷端溫度校正后的理論毫伏值相差較大.檢查補償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補償導(dǎo)線的的材質(zhì)是“銅-康銅”;這類補償導(dǎo)線是和“鎳鉻-鎳硅”熱電偶配套的。而“鉑銠10-鉑”熱電偶配套的應(yīng)該為“銅-銅鎳"補償導(dǎo)線。顯然，補償導(dǎo)線配套選用的錯誤導(dǎo)致了溫度測量的不準:確。更換相應(yīng)的補償導(dǎo)線，故障排除。
2)原因分析
       現(xiàn)場安裝儀表時，忽略了補償導(dǎo)線與熱電偶的配套關(guān)系導(dǎo)致故障。熱電偶的測溫原理建立在冷端溫度恒定的基礎(chǔ)之.上。所以熱電偶的負極在安裝現(xiàn)場應(yīng)設(shè)置在溫度恒定的區(qū)域，再通過一定的溫度補償達到計量正確的目的;這類溫度補償即冷端補償。要注意的是，補償導(dǎo)線的作用不是補償冷端的電勢;為使熱電偶測溫電極的冷端溫度恒定，必須將電極延長;但是熱電偶的電極均為貴重金屬，如本例中的鉑銠10-鉑熱電偶，將其電極延長會增加設(shè)備的投資成本，所以，通常的做法是用在常溫下(0~100℃)與熱電偶電極材料熱電特性相近的金屬導(dǎo)線將熱電極的冷端延伸到遠離熱源、溫度穩(wěn)定的區(qū)域，這種材料的導(dǎo)線稱為延長導(dǎo)線或補償導(dǎo)線，顯然,補償導(dǎo)線的功能在于“補償熱電極長度的不足”。按照補償導(dǎo)線與熱電極熱電特性在常溫下相近的思路，補償導(dǎo)線和熱電偶是配套使用的。
1.3故障1揭示的要點
(1)補償導(dǎo)線僅起到延長電極的作用，其長度在熱電偶允許裝置的距離內(nèi)不影響計量效果。(因為熱電勢僅與材料有關(guān))
(2)補償導(dǎo)線應(yīng)與所采用的熱電偶配套使用。
(3)補償導(dǎo)線的工況在0~100℃。
1.4與故障1相關(guān)的技術(shù)措施
(1)熱電偶補償導(dǎo)線要根據(jù)所處的環(huán)境溫度和現(xiàn)場工況進行選擇。根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境溫度情況選擇相應(yīng)的補償導(dǎo)線護套，環(huán)境溫度為-25~105℃時應(yīng)該選擇聚氟乙烯護套，環(huán)境溫度為-60~205℃時選擇聚全氟Z烯護套，在-60~260℃時選擇聚四氟乙烯為護套。
(2)補償導(dǎo)線與熱電偶配套對應(yīng)關(guān)系如表1。表1選自文獻[1]和GB/T4889--94《熱電偶用補償導(dǎo)線》。補償導(dǎo)線的絕緣著色及護套著色也可以采用IEC-584-3推薦的標準，可查閱GB/T4889--94的附表。熱電偶的分度值查閱常用手冊可得到12.”。

2補償導(dǎo)線、熱電偶正負極錯用的故障
2.1故障實例2
       熱處理車間一電阻爐，儀表周期送檢校驗合格、準予繼續(xù)使用，重新原位安裝后出現(xiàn)沒有溫度指示。
2.2故障現(xiàn)場處理及原因分析
(1)處理方法:儀表及熱電偶原運行正常，檢定合格。出現(xiàn)這樣的問題主要從安裝角度考慮?，F(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)儀表指針反向偏轉(zhuǎn)，說明線路連接沒有問題。用毫伏表測量熱電偶和儀表輸人端，發(fā)現(xiàn)為熱電偶正負極接反,調(diào)整熱電偶正負極，儀表指示正常但發(fā)現(xiàn)指示溫度值比實際溫度值偏小，詢問檢定人員和現(xiàn)場安裝人員，排除冷端補償和零點校正問題的可能。觀察發(fā)現(xiàn)熱電偶補償導(dǎo)線的正負極也為反接，調(diào)整為正確的正負極接法，設(shè)備恢復(fù)正常。.
(2)原因分析:熱電偶和補償導(dǎo)線之所以能夠?qū)囟刃盘栟D(zhuǎn)化為電勢信號，是由于不同金屬在相同的溫差下產(chǎn)生的電勢不同。這樣就使得熱電偶及其補償導(dǎo)線的不同電極相對輸出端具有正負極性。極性接反自然使得儀表不能顯示。本例中熱電偶極性錯誤使得儀表出現(xiàn)反向偏轉(zhuǎn),表現(xiàn)為沒有溫度顯示;在第1次進行調(diào)整時，沒有同時調(diào)整補償導(dǎo)線，補償導(dǎo)線的電勢與熱電偶電勢反向疊加，輸出電勢變小，表現(xiàn)為儀表指示溫度較實際溫度偏低。
2.3故障2揭示的要點
(1)熱電偶與補償導(dǎo)線均具有極性，不能接反。
(2)補償導(dǎo)線和熱電偶的極性應(yīng)對應(yīng)一致。
(3)進行熱電偶校驗時最好和現(xiàn)場配套的補償導(dǎo)線一并校驗。
3冷端補償不足故障
3.1故障實例3
       某熱處理車間電爐溫度控制器采用熱電偶作為測溫傳感器。儀表大修檢定校驗后出現(xiàn)大批溫度控制器指示偏低故障。
3.2故障的現(xiàn)場處理及原因分析
(1)處理方法:實際測量溫控器輸入端的毫伏值，計算出理論溫度，與電爐的實際溫度對照，發(fā)現(xiàn)溫度變送器存在零點調(diào)整偏低問題。校正溫控器零點,故障排除。
(2)原因分析:這實際上是-一個冷端補償問題。熱電偶的冷端溫度理論值是0℃。但工業(yè)現(xiàn)場，熱電偶的冷端通常在室溫環(huán)境下。溫度變送器輸人端接收的電勢V等于熱電偶所產(chǎn)生的電勢E減去冷端電勢(環(huán)境溫度電勢)E2。即，V=E-E2。在儀表校驗室，室溫較低，冷端產(chǎn)生的熱電勢為E2s;在設(shè)備安裝現(xiàn)場，室溫高于校驗室，此時的冷端熱電勢為E2n。這樣就使得儀表輸人電勢V在生產(chǎn)現(xiàn)場較儀表校驗現(xiàn)場偏低的現(xiàn)象。本例中，現(xiàn)場維修工認為補償導(dǎo)線已經(jīng)起到了補償作用，這是錯誤的認識。事實上，在應(yīng)用補償導(dǎo)線使熱電偶冷端達到溫度相對穩(wěn)定后,還應(yīng)該按照實際運行的冷端溫度進行冷端溫度補償,常用的簡便方法是調(diào)整儀表的零點達到補償目的。也就是說，補償導(dǎo)線只起到延長冷端的作用，并不能補償冷端溫度不為0℃所造成的溫度測量誤差(因為熱電偶的分度值是以冷端0℃設(shè)置的)。從補償導(dǎo)線的作用來說，補償名不副實，還是稱做延長導(dǎo)線更符合其實際功能。
3.3故障3揭示的要點
(1)補償導(dǎo)線只能延長冷端，不能補償冷端溫度不為0℃所造成的測量誤差。
(2)當熱電偶冷端不為0℃，應(yīng)采取冷端電勢補償措施。
(3)熱電偶的校準應(yīng)考慮使用現(xiàn)場的實際室溫;當因季節(jié)導(dǎo)致熱電偶冷端所處室溫改變時,應(yīng)校準儀表零位。
3.4與故障3相關(guān)的技術(shù)措施
       冷端補償?shù)姆椒ㄓ?種，分別是冰浴法、冷端校正法、校正儀表零點法、補償電橋法、補償熱電偶法。本例中采用的是其中第3種。具體的作業(yè)方法可參見相關(guān)手冊。
4補償導(dǎo)線的安裝故障
4.1故障實例4
       某熱加工電阻爐采用熱電偶作為測溫裝置,正常運行半年后出現(xiàn)溫度指示指針上下擺動，穩(wěn)定時指針指向最大。
4.1.1故障現(xiàn)場處理
       檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常，觀察補償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補償導(dǎo)線與指示儀表接線處為導(dǎo)線直接纏繞在接線螺釘上，運行后發(fā)熱、燒蝕，造成接點接觸不良。重新處理接頭，原補償導(dǎo)線為銅-銅鎳，在其兩端壓接銅線鼻子(接線端子),并錫焊,連接處涂抹中性凡士林膏防腐蝕。設(shè)備恢復(fù)正常，并長期運行無故障。
4.1.2故障原因分析
       補償導(dǎo)線與儀表輸人端接觸電阻增大，使得儀表輸人端的電勢增高。
4.2故障實例5
       采用熱電偶作為測溫裝置的電阻爐，運行中出現(xiàn)溫度指示儀表指針.上下擺動，有時指示溫度正常，有時沒有溫度顯示。
4.2.1故障現(xiàn)場處理
       同樣檢查供電電源、電爐爐體和指示控制儀表及熱電偶本體均正常，觀察補償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補償導(dǎo)線正極有一處與設(shè)備外殼接觸處破損接地。
4.2.2故障原因分析
       當補償導(dǎo)線接地時，無信號輸出到指示儀表;當接地處因某種原因(牽拉或者移動)暫時脫離接地時，設(shè)備正常;出現(xiàn)斷續(xù)接地時，顯示指針上下波動。
4.3故障實例6
      故障5中的電阻爐，一次大修后出現(xiàn)指示儀表指針.上下波動不穩(wěn)定但波動幅度不大。觀察還發(fā)現(xiàn)升溫過程中，此波動明顯;電爐保溫時穩(wěn)定或者偶有波動。
4.3.1故障現(xiàn)場處理
       觀察發(fā)現(xiàn)溫度顯示儀表的指針波動與加熱電流變化相關(guān)。檢查補償導(dǎo)線，發(fā)現(xiàn)補償導(dǎo)線與電阻爐加熱電源主電線同向且捆扎-起敷設(shè)。單獨敷設(shè)補償導(dǎo)線和儀表連接線，使補償導(dǎo)線與主電源線隔離，故障排除。
4.3.2故障原因分析
       補償導(dǎo)線受到主電源的電磁干擾。
4.4故障揭示的要點
(1)補償導(dǎo)線絕緣及保護套管應(yīng)完好，發(fā)現(xiàn)有絕緣破壞或者老化現(xiàn)象應(yīng)及時更換。
(2)補償導(dǎo)線與熱電偶和指示儀表或變送器連接應(yīng)牢固可靠。補償導(dǎo)線的接頭應(yīng)采用接線端子焊接或壓接,并做必要的防腐措施。
(3)補償導(dǎo)線及儀表信號線不得與高電壓電源線同管或接近敷設(shè)，避免電磁干擾。
5結(jié)語
       因熱電偶的配置、運行方式不當引起設(shè)備不能正常工作、影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題在熱加工生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)。補償導(dǎo)線是其中的一一個重要故障點。在熱電偶的使用、維護中，應(yīng)當以規(guī)范化的作業(yè)手段進行安裝和運行工作。補償導(dǎo)線配置、運行方式的規(guī)范化是熱加工、化工生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)運行中的一-項重要課題，需要從業(yè)人員在實踐中結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識不斷完善、避免設(shè)備和生產(chǎn)事故的發(fā)生。