浮法玻璃熱端熱電偶的應用

劉 敏，張云光，田萬春

（中國建材國際工程集團有限公司，深圳 518054）

浮法玻璃熱端熱電偶的應用

劉 敏，張云光，田萬春

（中國建材國際工程集團有限公司，深圳 518054）

該文根據熱電偶的實際工作環境及其相關元件特點，對熱電偶進行了合理選擇及補償導線操作，確保了安裝及接線正確，從而進一步降低了熱電偶的測量誤差，提高了玻璃的質量。

浮法玻璃； 熱電偶； 補償導線； 溫度反饋

浮法玻璃熱端是浮法玻璃生產線的中心所在，熱端的核心又是熔化、成形和退火三大熱工工段，而其中一個直接影響玻璃質量的重要的溫度檢測元件就是熱電偶，通過熱電偶反饋的溫度進入DCS系統及儀表，對其他設備進行相應控制。熱電偶有測量精度高、測量范圍廣、構造簡單、接線方便等優點，該文主要就熱端中熱電偶的種類、選擇、安裝、相應的補償導線的接線應用及注意事項等方面結合實際做簡單闡述。

1 熱電偶的種類及選擇

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶，一般也沒有統一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。從1988年1月1日起，我國標準化熱電偶全部按IEC國際標準生產，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。

每種分度號對應的材質、溫度范圍、特點，如表1所示。

玻璃生產線上采用標準熱電偶。根據使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測定對象的性能、響應時間和經濟效益等綜合考慮選擇不同的熱電偶。以下分別按熔化、成形、退火三大工段介紹。

1.1 熔化工段

熔化工段需要的熱電偶溫度反饋指示及溫度控制的部位主要包含工作部和冷卻部碹頂、池底、煙道、吊墻等。碹頂溫度一般在900～1 650℃，按上表應選擇精度高的B型熱電偶，使用剛玉管作為保護管；池底溫度范圍800～1 200℃，選擇S型熱電偶，保護管為高鋁管；煙道溫度300～800℃，選擇K型或E型熱電偶，保護管為1Cr25Ni20。吊墻溫度范圍一般在0～800℃，因距離長、環境惡劣，需要使用具有耐久性、能彎曲、耐高壓、熱響應快等優點的鎧裝K型熱電偶，保護管采用1Cr18Ni9Ti。

表1 分度號對應的材質、溫度范圍、特點

1.2 成形工段

該工段測溫點一般包含流液道、槽內空間、罩內空間、錫液、槽底、出口唇板等。流液道的溫度反饋決定對應的風量大小，需要較高精度的S型熱電偶，而測量槽內溫度的熱電偶需要可以彎曲，應根據溫度范圍選擇鎧裝的S型和K型熱電偶，其他位置的測點也應分別根據相應的溫度、安裝位置、使用氣氛等選擇S型、K型、E型熱電偶。

1.3 退火工段

進入退火工段的溫度一般在620℃左右，選用K型熱電偶。

2 熱電偶安裝

玻璃熔窯的溫度一般在1 550～1 650℃，粉塵化學腐蝕性強，另外熱電偶的價格昂貴，因此正確安裝熱電偶至關重要。安裝的好壞不僅影響精度，也會影響使用壽命。對于熔化部碹頂的熱電偶支架制作安裝及電偶插入深度要把握好，穿透式熱電偶一般不超過碹頂內表面50mm，如插入過深，就會被火焰沖刷、料粉腐蝕，熱電偶的壽命會大大縮短，因此我們通常使用的是非穿透式熱電偶。另外熱電偶的接線盒不要太靠近窯頂表面以致過熱超過規定溫度范圍（0～100℃或0～150℃），造成溫度測量誤差乃至熱電偶損壞，因此熱電偶距窯頂表面大于350mm為宜，支架要水平穩固，如圖1所示。

熔窯碹頂的B型熱電偶，考慮到其為貴金屬，為了防止操作不當造成損壞，提高工作效率，更換時步驟尤為重要。首先要將接線換成新的熱電偶，使之在窯頂預熱30min，預熱后將新的熱電偶插入一部分，每過15min插入5公分，直至放置法蘭位置為止，調節法蘭位置到確切位置，觀察溫度指示。熱電偶安裝孔洞處都要用玻璃棉、纖維等填充物進行封堵，防止火焰沖擊和雜物進入。

熔化池底熱電偶利用管夾、梁夾固定在池底次梁上，但是是可移動的，以免熔窯磚升溫后，磚結構膨脹，將熱電偶損壞，如圖2所示。

對于成形工段的錫液溫度測量，因玻璃液具有一定的流速，為了保證測溫元件與液體充分接觸，一般傾斜成30°角或45°角左右插入，最小插入深度為其保護管外徑的8～10倍，如圖4所示。槽內、罩內、槽底及出口唇板熱電偶安裝圖分別見圖3、圖5、圖6和圖7。

3 熱電偶與補償導線的匹配連接

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬的B型R型S型），測溫點在現場，而信號反饋到的DCS系統或儀表都安裝在控制室內，距離都有幾十米乃至上百米遠。為了節省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩定的控制室內，連接到DCS系統或儀表端子上。補償導線是在一定溫度范圍內（包括常溫0℃）具有與所匹配熱電偶熱電動勢相同標稱值的一對帶有絕緣層的導線，用它們連接熱電偶與測量裝置，以補償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產生的誤差。一般的屏蔽導線是不能滿足上述要求的，同時必須指出，熱電偶通過補償導線連接后，熱電偶的熱電特性僅與被測點溫度和控制室的DCS系統端子或儀表柜上儀表端子有關，而與現場接線盒端（參考端）無關。補償導線的作用只是延長了熱電偶，并不能消除參考端不為0℃時的影響。因此還必須利用諸如0℃恒溫器法、儀表自動補償法、計算法等方法將熱電偶參考端溫度修正到0℃。補償導線的正確使用至關重要，在使用時應注意。

3.1 補償導線有正負極之分，極性不能接錯

每種類型的熱電偶對應的補償導線的正負極都有不同顏色的絕緣附著層，如表2所示。

熱電偶與補償導線的接線盒不得超過規定的使用溫度（一般0～100℃或0～150℃）。超過規定溫度范圍，熱電偶與補償導線的熱電特性產生偏差而影響測溫精度，同時兩個連接點盡量靠近，防止產生的溫度有較大偏差。

3.2 補償導線布線距離盡量縮短

熱電偶的信號都是微伏極，若布線距離過長，信號會嚴重衰減，加上環境中強電的干擾信號，足以使熱電偶信號失真，造成DCS系統或儀表中顯示控制溫度值誤差及溫度波動。熱電偶補償導線信號為弱電信號，為了減少干擾，應采用屏蔽補償導線，且布線時應與強電如風機泵類電纜分開布置，在避免不了穿越的地方，也盡可能采用交叉方式，不要平行敷設；為了便于安裝，可選用多股小截面導線，也可根據需要選用防水，防腐，防火的導線；用粗直徑或導電系數大的補償導線可以減少熱電偶回路的電阻，利于儀表正常工作和自動控溫；屏蔽補償導線的屏蔽層連接到接地端子，起到屏蔽作用，提高測量精度。

表2

4 熱電偶在使用中注意事項及故障排除

在實際項目中往往因為工作人員粗心大意或對熱電偶應用相關專業知識的匱乏，導致安裝和操作不當，造成儀表測量偏差、熱電偶損壞、維修困難、毛病率高等問題，進而影響玻璃質量。因此在使用中應注意：

1）在使用補償導線時一定要注意熱電偶與補償導線型號的匹配，不能僅用普通屏蔽銅導線代替。

2）熱電偶的正負極與補償導線的正負極要相互對應，不可接錯。

3）插入深度的影響，沿著傳感器的方向會產生熱流，當環境溫度低時會產生散熱和傳熱損失，使熱電偶與被測溫度不一致而產生誤差，插入深度不同直接影響這種誤差，金屬保護管的熱電偶因金屬傳熱性好應該插入深一些，而陶瓷保護管如剛玉管、高鋁管等絕熱性能好，熱電偶應插入淺一些。

4）熱電偶要進行保護接地，防止短路。

5）若熱電勢比實際值小即顯示值偏低有可能是以下幾種原因造成的：（1）熱電偶接線柱處積灰容易短路，要定期清掃；（2）補償導線間短路，最常見的是接線盒部位，表面無法察覺，實際絕緣膠已經部分碳化，降低了導線的絕緣，時間長了便會短路，造成測量錯誤；（3）熱電偶熱電極的變質，廠家出于資金考慮，特別是1 100℃以上時選用K型偶，K型偶的材料－鉻，在高溫下選擇性氧化，熱電勢隨之逐漸下降，直至出現損壞才能被發現。

5 結 語

熱電偶是獲得溫度信息的一個非常可靠而精確的測量工具。如果掌握了其工作原理和特點以及影響其測量精確度的主要因素及使用中的注意事項，合理正確地使用，完全可以成功實現對熱端各工段溫度的準確檢測及對相應的工藝設備的正確控制，是生產出高品質玻璃的重要保障。

［1］金衍勝.火電廠直接空冷系統傳熱性能實驗研究［D］.北京：華北電力大學，2009.

［2］郭光輝.基于數值模擬密接式車鉤工藝改進［D］.北京：北京交通大學，2007.

［3］董鴻燕.多點實時高精度溫度傳感系統［D］.北京：中國地質大學，2008.

［4］丁 敏.基于單片機的電阻爐溫度控制系統的設計［D］.西安：長安大學，2011.

Application of Thermocouple of Float Glass Hot End

LIU Min，ZHANG Yun－guang，TIAN Wan－chun
（China Triumph International Engineering Group Co，Ltd，Shenzhen 518054，China）

According to the actual environment and component characteristics，this paper choose thermocouple and compensation wire，install equipment and wire reasonably，avoid external factors，reduce the thermocouple feedback the measurement error and improve the quality of glass.

float glass； thermocouple； extension wire； temperature feedback

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.015

2013－12－10.

劉 敏（1981－），高級工程師.E－mail：27242104＠qq.com