热电偶问答

热电偶、RTD 和热敏电阻的比较 ?

什么是热电偶？
热电偶是一种用于测量温度的传感器。热电偶由两个由不同金属制成的线腿组成。电线腿在一端焊接在一起，形成一个连接点。

该结点是测量温度的地方。当结经历温度变化时，就会产生电压。然后可以使用热电偶参考表（链接）解释电压以计算温度。

热电偶有多种类型，每种类型在温度范围、耐用性、抗振性、耐化学性和应用兼容性方面都有其独特的特性。

J、K、T 和 E 型是“贱金属”热电偶，是最常见的热电偶类型。R、S 和 B 型热电偶是“贵金属”热电偶，用于高温应用（请参阅热电偶温度范围。

热电偶用于许多工业、科学和 OEM 应用。它们几乎可以在所有工业市场中找到：发电、石油/天然气、制药、生物技术、水泥、造纸和纸浆等。热电偶还用于炉灶、熔炉和烤面包机等日常电器。

通常选择热电偶是因为它们成本低、温度限制高、温度范围宽和耐用。

什么是热电偶的冷（参考）结点？
冷端或参考端是提供参考点的热电偶的末端。
热电偶测量两个结点之间的温度差。他们不测量实际温度。传感结是热电偶线焊接（或以其他方式连接）在一起的地方，位于需要温度的点。

另一个结点通常位于它连接到仪器（测量设备或变送器）的地方。这被称为冷端或参考端。

热电偶毫伏表和数学公式基于 0°C 的冷端温度。为了确定实际温度，仪器必须“调整”环境温度和 0°C 之间的差异。这种调整称为冷端补偿。

接地或不接地的热电偶？
当传感结（物理和电气）连接到金属外壳时，热电偶称为“接地”。

有优点和缺点，但通常不接地的热电偶更可取，提供较慢的响应时间是可以接受的。
图
热电偶和 RTD温度传感器有什么区别？
温度范围
首先，考虑温度范围的差异。贵金属热电偶可以达到 3,100 F，而标准 RTD 的极限为 600 F，而扩展范围的 RTD 的极限为 1,100 F。

成本
普通阀杆热电偶比普通阀杆 RTD 便宜 2 到 3 倍。

热电偶头组件比等效的 RTD 头组件便宜大约 50%。

精度、线性度和稳定性
作为一般规则，RTD比热电偶更准确。在较低的温度范围内尤其如此。
RTD 也比热电偶更稳定并且具有更好的线性度。如果精度、线性度和稳定性是您的主要关注点，并且您的应用在 RTD 的温度限制范围内，请使用 RTD。

耐用性
在传感器行业，与热电偶相比，RTD 被广泛认为是耐用性较差的传感器。

响应时间
RTD 不能接地。因此，它们的响应时间比接地热电偶慢。

此外，热电偶可以放置在直径小于 RTD 的护套内。

较小的护套直径会增加响应时间。例如，直径为 1/16 英寸的接地热电偶。

护套鞘将比 ¼” 直径内的 RTD 具有更快的响应时间。

热电偶结类型有哪些？
接地热电偶：
这是最常见的连接样式。当热电偶线和护套都焊接在一起以在探头尖端形成一个结点时，热电偶接地。

接地热电偶具有非常好的响应时间，因为热电偶与护套直接接触，允许热量轻松传递。

接地热电偶的一个缺点是热电偶更容易受到电干扰。这是因为护套经常与周围区域接触，为干扰提供了路径。

未接地热电偶：
当热电偶线焊接在一起但它们与护套绝缘时，热电偶未接地。
电线通常由矿物绝缘层隔开。

外露热电偶（或“裸线热电偶”）：
当热电偶线焊接在一起并直接插入过程中时，热电偶暴露在外。

响应时间非常快，但暴露的热电偶线更容易腐蚀和退化。除非您的应用程序需要暴露的连接点，否则不推荐使用这种样式。

不接地不常见：
未接地的非普通热电偶由与护套绝缘的双热电偶组成，并且每个元件彼此绝缘。

MI电缆是什么？
MI（矿物绝缘）电缆用于将热电偶线彼此绝缘并与围绕它们的金属护套绝缘。

MI 电缆有两根（或四根双工时）热电偶线从管子中间向下延伸。

然后将管子填充氧化镁粉末并压实以确保电线正确绝缘和分离。

MI 电缆有助于保护热电偶线免受腐蚀和电气干扰。

热电偶护套有何不同？
●316SS（不锈钢）：这是最常见的护套材料。它相对耐腐蚀并且具有成本效益。
●304SS：这种护套不像 316SS 那样耐腐蚀。316SS 和 304SS 之间的成本差异是名义上的。
●Inconel（注册商标）600：这种材料推荐用于强腐蚀性环境。

热电偶线颜色代表什么？
热电偶可以通过其导线绝缘层的颜色来识别。

例如，国际上，J 型热电偶级电线有一根红线和一根白线，通常带有棕色外皮。
J 型延长线也有一根红线和一根白线，但它有黑色外护套。

一般来说，热电偶​​或延长线的红线是负极，正极线根据热电偶的类型进行颜色编码。

不同的国家使用不同的颜色代码。

热电偶线电缆和延长线有什么区别？
热电偶级导线用于制造热电偶探头。

热电偶级导线通常用于连接处和阀杆护套内部。这是因为热电偶级导线比扩展级导线具有更好的精度规格。

延长线是一种较便宜的低等级线。它用于将信号从热电偶探头扩展到控制系统或数字显示器。

由于使用了较低等级的金属，因此延伸等级的电线更经济。

不应在工艺本身中使用延伸级线材，也不应将极端温度和温度循环视为标准级线材。

什么是塞贝克效应？
当两根不同金属或金属合金的导线（热线）在一端（热接点）连接在一起时，就形成了热电偶。

如果热端和开路端之间存在温差，则热电偶中会产生热电动势（热电压）。这也称为塞贝克效应。

什么是 CJC？
热电偶测量始终需要来自连接线端（热端）和开路端（冷端）的信息。该冷结也被称为参考点。

参考点温度的变化通过 CJC 测量（冷端补偿）进行补偿。

温度变送器 CJC 测量可以是内部功能或集成在连接器中的测量电阻器。

如果参考点远离变送器，则必须对该点进行单独的温度测量，并将其作为补偿信号连接到变送器。

什么是补偿电缆和延长电缆？
补偿电缆是一种热电偶测量电路电缆，用字母C标识（例如 K 型电缆 KC）。

补偿电缆的导线具有与 TC 传感器的热线相同的电气特性，但材料不同。

补偿电缆是比延长电缆更具成本效益的解决方案，但允许的最高环境温度较低，大约 100…200 °C，具体取决于绝缘材料。

延长电缆是一种热电偶电缆，用字母X标识（例如 K 型电缆 KX）。延长线的线材与TC传感器的热线材质完全相同。

这些电缆甚至可以达到与热电偶相同的环境温度。

什么是微量加热/传感器？
伴热是一个术语，通常用于保持管道和连接的设备不冻结。
伴热的重要作用是保持流经管道的物料的温度和流量稳定。

跟踪加热最常见的实现方式是电气，它提供了良好的可调节性。

然而，为了精确的过程控制和调整，还需要精确的温度数据。

对于这些应用，我们设计了高质量的伴热传感器，这些传感器已经面世多年，也适用于防爆应用。

什么尺寸的热套管适合我的应用？
根据您的系统设计，您需要了解：

●工作温度 (°C)
●工作压力（bar），比容（m3/kg）
●速度（米/秒）
确定这些之后，您就可以参考 ASME 标准 PTC 19.3 TW-2010 热套管部分，该部分通过井设计计算。

以下是您可以遵循的一些基本规则* ：

●通常，较高的流速需要较短的热套管。
●确保热套管材料与其浸入的介质兼容。
●经济型焊接热套管可用于低流量应用，例如一些 HVAC 冷却器管线（通常小于 1-3 英尺/秒）。
●锥形热套管通常比阶梯（减少尖端）热套管更适合高流速。

什么是高温计并解释其工作原理？
高温计是一种非接触式设备，可以拦截和测量热辐射。

不与辐射体进行任何接触的过程称为高温测量。该设备可用于确定物体表面的温度。

高温计严格按照黑体辐射原理工作。在这里，目标的发射率起着重要作用，因为它决定了目标在高温计中的亮度。
由于其高精度、速度、经济性和特定优势，它被广泛用作许多工业应用中的标准程序。

目前应用的：

●光学系统从物体收集可见光和红外能量并将其聚焦到检测器。
●探测器接收来自光学系统的光子能量并将其转换为电信号以驱动温度显示或控制单元。

热电偶测量结点
当需要最大的灵敏度和最快的响应时，建议使用外露（测量）结来测量流动或静态的非腐蚀性气体温度。

尽管热响应较慢，但绝缘结更适用于腐蚀性介质。

在将多个热电偶连接到相关仪器的某些应用中，绝缘可能是必不可少的，以避免在测量电路中出现杂散信号。如果没有指定，这就是标准。

接地（接地）接头也适用于腐蚀性介质和高压应用。

它提供比绝缘结点更快的响应和暴露结点不提供的保护。

热电偶标准
●ASTM E 235：用于核能或其他高可靠性应用的护套热电偶 K 型和 N 型标准规范。
●ASTM E 839：护套热电偶和护套热电偶材料的标准测试方法。
●ASTM E 220：通过比较技术校准热电偶的测试方法
●ASTM E 230：标准化热电偶的规格和温度-EMF 表。
●ASTM E 585：紧凑型 MI、MS、贱金属热电偶电缆的标准规范。
●ASTM E 608：压实 MI、MS、贱金属热电偶的标准规范。
●ASTM E 696：钨铼合金热电偶线的标准规范。
●ASTM E 1652：用于金属护套 PRT、贱金属热电偶和贵金属热电偶的氧化镁和氧化铝粉末和可压碎绝缘体的标准规范。
●IS 12579：贱金属矿物绝缘热电偶电缆和热电偶规范。
●GB/T 1598-2010：中国铂热电偶标准。
●IEC 584：热电偶的国际标准。

热套管的应用
热套管为温度探头提供保护，防止不利的操作条件，例如腐蚀性介质、物理冲击（例如熔炉中的熟料）和高压气体或液体。

它们的使用还允许快速轻松地更换探头，而无需“打开”过程。

主要应用领域有：

●保护管用于热电偶
●确保高压应用中的完整性
●较小的井用于低压应用
●直井用于腐蚀性和侵蚀性环境
●对于需要对温度变化做出快速响应的应用，装配式口袋可配备缩小的尖端。
一体式热套管适用于最高过程负载，具体取决于其设计。因此，在石化工业中，现在几乎只使用一体式热电偶。

热电偶结构的类型
有两种最常用的热电偶结构。

这些是矿物绝缘 (MI) 热电偶和非 MI 热电偶。

矿物绝缘热电偶：
氧化镁绝缘热电偶用于许多过程和实验室应用。

它们坚固耐用且可弯曲，其相当高的额定温度使 MgO 热电偶成为众多温度测量应用的热门选择。

MgO 传感器的构造方法是将一个或多个元件放入合适材料和尺寸的护套中，用松散填充或可压碎的氧化镁粉末或绝缘体将元件与自身和护套绝缘，然后将填充的护套挤压或拉伸至其最后缩小尺寸。

模锻工艺生产出具有高度压实的 MgO 绝缘层的元件，并在元件本身与其护套之间提供高介电强度绝缘。

矿物绝缘热电偶由嵌入密实耐火氧化物粉末绝缘体中的热电偶线组成，全部封闭在无缝拉制金属护套（通常为不锈钢）中。

在一端，芯线和护套是从“热”接头焊接的。在另一端，热电偶连接到延长线、连接头或连接器的“过渡”。

非 MI 热电偶
在非 MI 热电偶中，热电偶线要么用陶瓷珠绝缘，要么在陶瓷绝缘后，用金属护套（通常是不锈钢）覆盖，并提供某种形式的端接（例如延长线、连接头或连接器）。
在这种类型的结构中，当提供护套保护时，热电偶线不受测量环境的影响。

护套材料取决于测量环境，通常使用不锈钢。根据腐蚀环境选择不同的护套。

这种结构不提供灵活性，并且在小尺寸中找不到。机械强度不太好。

在非 MI 结构中，护套可以根据适用性由陶瓷或金属制成。

暴露、接地和未接地所有类型的结均在 MI 和非 MI 结构中形成。