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硫磺裝置E型熱電偶溫度計故障原因分析與處理

作時間：2018-05-10 來源：作者：

在工業生產過程中，溫度是過程檢測中最常見和最重要的工藝變量之一，對生產安全和質量有著舉足輕重的影響，因此要求溫度測量元件需具備較高的準確性、穩定性和可靠性。熱電偶溫度計因具有結構簡單、使用方便和精確度高的特點，廣泛應用于中高溫溫區的溫度測量。

在硫磺裝置控制系統中，根據工藝要求，采用7 支 E 型熱電偶溫度計和雙金屬溫度計同時對溫度進行測量，測量范圍均為 0 ～1 000℃。生產過程中，DCS 控制室的溫度指示應該與現場的一次儀表指示一致。然而，在實際測量過程中發現，DCS 指示與現場雙金屬溫度計示數之間總有 6 ～8℃的偏差，而且該偏差隨室外溫度變化而變化。

為此，筆者對硫磺裝置 E 型熱電偶溫度計的故障原因進行了分析，并針對故障進行了相應處理。

1、熱電偶溫度計的測溫原理

1．1 測溫原理

熱電偶由兩種不同材料的導體 A 和 B 焊接或絞接而成。使用時，將熱電偶的工作端插入需要測量溫度的生產設備中，冷端置于生產設備外，當兩端所處溫度不同時，在熱電偶回路內就會產生熱電勢，這種物理現象即為熱電效應。熱電偶回路的熱電勢 E AB (t，t 0 )只與熱電極材料和測量端、冷端溫度有關，即 E AB (t，t 0 ) =E AB (t) － E AB (t 0 )。當冷端溫度 t 0 不變、兩種熱電極材料一定時，E AB (t 0 ) = C 為一常數，即:E AB (t，t 0 ) = E AB (t) － C = f(t)

因此，只要測出熱電勢的大小，就能判斷被測介質溫度 t 的高低。

1．2 補償導線延伸冷端

由熱電偶的測溫原理可知，只有在熱電偶的冷端溫度不變時，熱電勢才是工作端溫度的單值函數。但由于冷端溫度受環境的影響經常波動，所以需要利用補償導線把冷端引到溫度恒定的地方。

補償導線一般采用廉價金屬材料制作，其熱電特性在 0 ～ 100℃ 范圍內和對應的熱電偶幾乎完全一樣。因此，使用補償導線就如同將熱電偶延長，使熱電偶的冷端能夠延伸到距離熱源較遠、溫度較穩定的地方。需要注意的是，不同分度號的熱電偶所配的補償導線不同。

2、E 型熱電偶溫度計故障分析與處理

2．1 故障分析

在硫磺裝置生產運行過程中發現，DCS 指示值與現場雙金屬溫度計示數存在 6 ～8℃的偏差，并且偏差隨室外溫度變化而變化。由于各測溫點同時出現偏差并且溫度指示未出現跑最大值或指示室外溫度的現象，所以首先排除現場熱電偶損壞因素。檢查 DCS 系統內溫度補償設定，溫度補償正常。綜上，懷疑是補償導線導致測量值存在偏差，因此對補償導線進行檢測。

2．2 故障處理

首先，準備兩根標準 K 型補償導線和一根待標定 E 型補償導線。將兩根標準 K 型補償導線絞接在一起，其中一根標準 K 型補償導線在 0 ～100℃范圍內代替熱電偶作為溫度的測量端插入恒溫箱內;另外一端放在溫度恒定的實驗臺上，并用一根高精度溫度計監測冷端溫度。用一臺標準毫伏表測量 K 型補償導線的冷端熱電勢。

用同樣的方法將待標定 E 型補償導線與標準 K 型補償導線絞接在一起。在恒溫箱內插入一根高精度溫度計，給定恒溫箱一個固定溫度，待恒溫箱內溫度達到給定溫度并且穩定后，記錄 E型補償導線冷端在此溫度下的熱電勢值。

冷端溫度為 20℃時得到的測量數據見表 1。

將表 1 中的測量數據進行處理，得到的數據對比如圖1所示。可以看出，待標定E型補償導線與 K 型補償導線的熱電特性基本一致，而與 E型補償導線的熱電特性卻相差很多。然而該補償導線的電纜外層寫著“E 型補償導線”，因此可以斷定，是廠家制作時錯將 E 型補償導線標成了 K型補償導線，導致了本次故障的發生。