熱電偶在化工企業(yè)生產(chǎn)中常見故障及處理方法

孫林

（本鋼集團(tuán)北營焦化廠，遼寧 本溪 117017）

一、熱電偶的基本原理

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體焊接起來，構(gòu)成一個閉合回路，如下圖所示：當(dāng)導(dǎo)體的兩個連接點(diǎn)之間存在溫差時，兩者之間便產(chǎn)生電動勢，因而在回路中產(chǎn)生電流，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)，所產(chǎn)生的電動勢稱熱電動勢，流過的電流稱熱電流。熱電勢的大小只與熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，與熱電偶導(dǎo)體的長度、直徑無關(guān)。直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫工作端（測量端），另一端稱為冷端（補(bǔ)償端）。

熱電偶的導(dǎo)體材料一般都屬于貴金屬，而化工企業(yè)現(xiàn)場的測溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低材料成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（補(bǔ)償端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室的儀表盤柜內(nèi)，連接到儀表端子上。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

二、熱電偶的性能特點(diǎn)

首先，測量精度高。熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

其次，測量范圍廣。鉑銠-鉑熱電偶測溫范圍630-1064℃；鎳鉻-鎳硅熱電偶測溫范圍0-900℃；鎢-錸熱電偶測溫范圍300-2000℃；鎳鉻-考銅熱電偶測溫范圍0-600℃；銅-康銅熱電偶測溫范圍-200-100℃。T型0-400℃，J型0-750℃，E型0-800℃，K型0-1100℃，S、R型0-1400℃，B型0-1600℃。

再次，構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶是由兩種不同材質(zhì)的金屬絲焊接構(gòu)成，不受長度和大小限制，外有保護(hù)套管，使用起來方便。

最后，信號低，易受外部信號干擾。因熱電動勢產(chǎn)生的范圍在0～70mV之間，毫伏級電壓信號相當(dāng)弱，極易受外部信號干擾，所以在熱電極生產(chǎn)、現(xiàn)場安裝、補(bǔ)償導(dǎo)線屏蔽要求較高。

此外，熱電偶的價格低廉、壽命長。普通的熱電偶幾百元左右，常規(guī)環(huán)境下一般可穩(wěn)定運(yùn)行4-6年時間，主要受腐蝕、磨損等原因而影響使用壽命，很少會發(fā)生機(jī)械故障。

三、熱電偶常見故障分析

熱電偶在運(yùn)行維護(hù)中發(fā)生的故障率相比其它儀表設(shè)備偏低，但是一旦發(fā)生故障之后，查找原因相比較困難，常規(guī)的檢查方法是將計(jì)算機(jī)或二次儀表側(cè)的接線解開，將溫度元件與系統(tǒng)斷開，縮小排查范圍，從熱電極到補(bǔ)償導(dǎo)線逐一進(jìn)行檢查、分析，再根據(jù)具體情況處理故障。在焦化廠干熄焦區(qū)域的實(shí)際維護(hù)中，熱電偶出現(xiàn)的故障，總結(jié)有如下幾種情況：

（一）顯示值比實(shí)際值偏小

熱電動勢比正常值偏低，造成這種原因的因素比較多，在這里暫不討論二次儀表轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題（下同）。可能原因?yàn)闊犭姌O短路、接線端子或補(bǔ)償導(dǎo)線短路、熱電偶特性失效等等，應(yīng)從簡而難一一排除。檢查熱電極直流電阻以及補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣阻值，一般熱電偶的直流電阻在100 歐左右，補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣要求在500V電壓下應(yīng)達(dá)到100M 歐以上；現(xiàn)場接線端子是否正常、是否存在積灰較嚴(yán)重。若檢查一切正常最后看能否采取更換熱電偶消除故障。如果在年修之后出現(xiàn)這種缺陷現(xiàn)象，還因考慮檢查熱電偶接線端子是否接反、是否是新放、補(bǔ)償電纜型號是否與之匹配、極性是否接反。

（二）顯示值比實(shí)際值偏高

即熱電勢比實(shí)際值偏高。發(fā)生這種故障的原因可能為補(bǔ)償導(dǎo)線絕緣不佳導(dǎo)致干擾信號竄入，也有可能是因?yàn)闊犭姌O性能發(fā)生失效，一般處理過程與情況1 相似，各種具體情況可綜合考慮進(jìn)行處理。

（三）熱電勢輸出不穩(wěn)定或無輸出

可能的原因是接線端子銹蝕不導(dǎo)通、松動、松脫，補(bǔ)償導(dǎo)線瞬間短路或瞬間接地或?qū)辔磾嚅_，也有可能熱電極將斷未斷，也有可能是受到外界干擾。各種原因應(yīng)一一進(jìn)行排除，對于外界干擾是無法從測量上進(jìn)行判定的，只能從溫度變化和現(xiàn)場電纜走向情況進(jìn)行綜合分析，并采取有效的屏蔽措施進(jìn)行處理。

（四）熱電偶熱電勢誤差大

在正常運(yùn)行中發(fā)生可能的原因是熱電偶變質(zhì)或保護(hù)管表面積灰，造成溫度測量偏差大。這種情況在運(yùn)行中較易判定，重新更換熱電偶即可?？傊?，在處理熱電偶故障時，應(yīng)將溫度元件、補(bǔ)償導(dǎo)線分開一一檢查的同時，還應(yīng)考慮其他情況，綜合各種現(xiàn)場因素，特別是現(xiàn)場錯綜復(fù)雜的信號干擾，進(jìn)行處理。

四、針對故障提出的建議

首先，重要的溫度測點(diǎn)元件應(yīng)送儀表校檢，不符合技術(shù)要求的溫度元件要及時更換；其次，重視熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的絕緣檢查，技術(shù)值應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行；再次，對于易發(fā)生熱電偶磨損、腐蝕的測點(diǎn)，除了要加強(qiáng)措施，安裝防護(hù)板，減少磨損，還可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行周期性更換，以保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行；最后，在現(xiàn)場處于惡劣環(huán)境的接線端子最好能定期進(jìn)行清灰，減少端子積灰造成回路短路故障，另外還應(yīng)更換現(xiàn)場腐蝕嚴(yán)重的接線端子排，避免銹蝕而造成回路導(dǎo)通不良的故障。

五、總結(jié)

熱電偶出現(xiàn)故障之后，要根據(jù)故障現(xiàn)象進(jìn)行分解分析，判斷故障點(diǎn)位置；要熟悉現(xiàn)場環(huán)境結(jié)合內(nèi)外各種因素，在處理熱電偶故障處理上會事半功倍。