浮法玻璃熱端熱電偶的應(yīng)用

劉 敏，張?jiān)乒猓锶f(wàn)春

（中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，深圳 518054）

浮法玻璃熱端熱電偶的應(yīng)用

劉 敏，張?jiān)乒猓锶f(wàn)春

（中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，深圳 518054）

該文根據(jù)熱電偶的實(shí)際工作環(huán)境及其相關(guān)元件特點(diǎn)，對(duì)熱電偶進(jìn)行了合理選擇及補(bǔ)償導(dǎo)線操作，確保了安裝及接線正確，從而進(jìn)一步降低了熱電偶的測(cè)量誤差，提高了玻璃的質(zhì)量。

浮法玻璃； 熱電偶； 補(bǔ)償導(dǎo)線； 溫度反饋

浮法玻璃熱端是浮法玻璃生產(chǎn)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(gè)直接影響玻璃質(zhì)量的重要的溫度檢測(cè)元件就是熱電偶，通過(guò)熱電偶反饋的溫度進(jìn)入DCS系統(tǒng)及儀表，對(duì)其他設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)控制。熱電偶有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣、構(gòu)造簡(jiǎn)單、接線方便等優(yōu)點(diǎn)，該文主要就熱端中熱電偶的種類(lèi)、選擇、安裝、相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線的接線應(yīng)用及注意事項(xiàng)等方面結(jié)合實(shí)際做簡(jiǎn)單闡述。

1 熱電偶的種類(lèi)及選擇

常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類(lèi)。所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。從1988年1月1日起，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為中國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型熱電偶。

每種分度號(hào)對(duì)應(yīng)的材質(zhì)、溫度范圍、特點(diǎn)，如表1所示。

玻璃生產(chǎn)線上采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測(cè)定對(duì)象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)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(yīng)選擇精度高的B型熱電偶，使用剛玉管作為保護(hù)管；池底溫度范圍800～1 200℃，選擇S型熱電偶，保護(hù)管為高鋁管；煙道溫度300～800℃，選擇K型或E型熱電偶，保護(hù)管為1Cr25Ni20。吊墻溫度范圍一般在0～800℃，因距離長(zhǎng)、環(huán)境惡劣，需要使用具有耐久性、能彎曲、耐高壓、熱響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)的鎧裝K型熱電偶，保護(hù)管采用1Cr18Ni9Ti。

表1 分度號(hào)對(duì)應(yīng)的材質(zhì)、溫度范圍、特點(diǎn)

1.2 成形工段

該工段測(cè)溫點(diǎn)一般包含流液道、槽內(nèi)空間、罩內(nèi)空間、錫液、槽底、出口唇板等。流液道的溫度反饋決定對(duì)應(yīng)的風(fēng)量大小，需要較高精度的S型熱電偶，而測(cè)量槽內(nèi)溫度的熱電偶需要可以彎曲，應(yīng)根據(jù)溫度范圍選擇鎧裝的S型和K型熱電偶，其他位置的測(cè)點(diǎn)也應(yīng)分別根據(jù)相應(yīng)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(jìn)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(xué)腐蝕性強(qiáng)，另外熱電偶的價(jià)格昂貴，因此正確安裝熱電偶至關(guān)重要。安裝的好壞不僅影響精度，也會(huì)影響使用壽命。對(duì)于熔化部碹頂?shù)臒犭娕贾Ъ苤谱靼惭b及電偶插入深度要把握好，穿透式熱電偶一般不超過(guò)碹頂內(nèi)表面50mm，如插入過(guò)深，就會(huì)被火焰沖刷、料粉腐蝕，熱電偶的壽命會(huì)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(guò)熱超過(guò)規(guī)定溫度范圍（0～100℃或0～150℃），造成溫度測(cè)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(wěn)固，如圖1所示。

熔窯碹頂?shù)腂型熱電偶，考慮到其為貴金屬，為了防止操作不當(dāng)造成損壞，提高工作效率，更換時(shí)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(yù)熱30min，預(yù)熱后將新的熱電偶插入一部分，每過(guò)15min插入5公分，直至放置法蘭位置為止，調(diào)節(jié)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(jìn)行封堵，防止火焰沖擊和雜物進(jìn)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(dòng)的，以免熔窯磚升溫后，磚結(jié)構(gòu)膨脹，將熱電偶損壞，如圖2所示。

對(duì)于成形工段的錫液溫度測(cè)量，因玻璃液具有一定的流速，為了保證測(cè)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(hù)管外徑的8～10倍，如圖4所示。槽內(nèi)、罩內(nèi)、槽底及出口唇板熱電偶安裝圖分別見(jiàn)圖3、圖5、圖6和圖7。

3 熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)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(cè)溫點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)，而信號(hào)反饋到的DCS系統(tǒng)或儀表都安裝在控制室內(nèi)，距離都有幾十米乃至上百米遠(yuǎn)。為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到DCS系統(tǒng)或儀表端子上。補(bǔ)償導(dǎo)線是在一定溫度范圍內(nèi)（包括常溫0℃）具有與所匹配熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)相同標(biāo)稱值的一對(duì)帶有絕緣層的導(dǎo)線，用它們連接熱電偶與測(cè)量裝置，以補(bǔ)償它們與熱電偶連接處的溫度變化所產(chǎn)生的誤差。一般的屏蔽導(dǎo)線是不能滿足上述要求的，同時(shí)必須指出，熱電偶通過(guò)補(bǔ)償導(dǎo)線連接后，熱電偶的熱電特性僅與被測(cè)點(diǎn)溫度和控制室的DCS系統(tǒng)端子或儀表柜上儀表端子有關(guān)，而與現(xiàn)場(chǎng)接線盒端（參考端）無(wú)關(guān)。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只是延長(zhǎng)了熱電偶，并不能消除參考端不為0℃時(shí)的影響。因此還必須利用諸如0℃恒溫器法、儀表自動(dòng)補(bǔ)償法、計(jì)算法等方法將熱電偶參考端溫度修正到0℃。補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用至關(guān)重要，在使用時(shí)應(yīng)注意。

3.1 補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極之分，極性不能接錯(cuò)

每種類(lèi)型的熱電偶對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極都有不同顏色的絕緣附著層，如表2所示。

熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的接線盒不得超過(guò)規(guī)定的使用溫度（一般0～100℃或0～150℃）。超過(guò)規(guī)定溫度范圍，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電特性產(chǎn)生偏差而影響測(cè)溫精度，同時(shí)兩個(gè)連接點(diǎn)盡量靠近，防止產(chǎn)生的溫度有較大偏差。

3.2 補(bǔ)償導(dǎo)線布線距離盡量縮短

熱電偶的信號(hào)都是微伏極，若布線距離過(guò)長(zhǎng)，信號(hào)會(huì)嚴(yán)重衰減，加上環(huán)境中強(qiáng)電的干擾信號(hào)，足以使熱電偶信號(hào)失真，造成DCS系統(tǒng)或儀表中顯示控制溫度值誤差及溫度波動(dòng)。熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線信號(hào)為弱電信號(hào)，為了減少干擾，應(yīng)采用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線，且布線時(shí)應(yīng)與強(qiáng)電如風(fēng)機(jī)泵類(lèi)電纜分開(kāi)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(shè)；為了便于安裝，可選用多股小截面導(dǎo)線，也可根據(jù)需要選用防水，防腐，防火的導(dǎo)線；用粗直徑或?qū)щ娤禂?shù)大的補(bǔ)償導(dǎo)線可以減少熱電偶回路的電阻，利于儀表正常工作和自動(dòng)控溫；屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線的屏蔽層連接到接地端子，起到屏蔽作用，提高測(cè)量精度。

表2

4 熱電偶在使用中注意事項(xiàng)及故障排除

在實(shí)際項(xiàng)目中往往因?yàn)楣ぷ魅藛T粗心大意或?qū)犭娕紤?yīng)用相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的匱乏，導(dǎo)致安裝和操作不當(dāng)，造成儀表測(cè)量偏差、熱電偶損壞、維修困難、毛病率高等問(wèn)題，進(jìn)而影響玻璃質(zhì)量。因此在使用中應(yīng)注意：

1）在使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)一定要注意熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線型號(hào)的匹配，不能僅用普通屏蔽銅導(dǎo)線代替。

2）熱電偶的正負(fù)極與補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極要相互對(duì)應(yīng)，不可接錯(cuò)。

3）插入深度的影響，沿著傳感器的方向會(huì)產(chǎn)生熱流，當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)會(huì)產(chǎn)生散熱和傳熱損失，使熱電偶與被測(cè)溫度不一致而產(chǎn)生誤差，插入深度不同直接影響這種誤差，金屬保護(hù)管的熱電偶因金屬傳熱性好應(yīng)該插入深一些，而陶瓷保護(hù)管如剛玉管、高鋁管等絕熱性能好，熱電偶應(yīng)插入淺一些。

4）熱電偶要進(jìn)行保護(hù)接地，防止短路。

5）若熱電勢(shì)比實(shí)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(bǔ)償導(dǎo)線間短路，最常見(jiàn)的是接線盒部位，表面無(wú)法察覺(jué)，實(shí)際絕緣膠已經(jīng)部分碳化，降低了導(dǎo)線的絕緣，時(shí)間長(zhǎng)了便會(huì)短路，造成測(cè)量錯(cuò)誤；（3）熱電偶熱電極的變質(zhì)，廠家出于資金考慮，特別是1 100℃以上時(shí)選用K型偶，K型偶的材料－鉻，在高溫下選擇性氧化，熱電勢(shì)隨之逐漸下降，直至出現(xiàn)損壞才能被發(fā)現(xiàn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

熱電偶是獲得溫度信息的一個(gè)非常可靠而精確的測(cè)量工具。如果掌握了其工作原理和特點(diǎn)以及影響其測(cè)量精確度的主要因素及使用中的注意事項(xiàng)，合理正確地使用，完全可以成功實(shí)現(xiàn)對(duì)熱端各工段溫度的準(zhǔn)確檢測(cè)及對(duì)相應(yīng)的工藝設(shè)備的正確控制，是生產(chǎn)出高品質(zhì)玻璃的重要保障。

［1］金衍勝.火電廠直接空冷系統(tǒng)傳熱性能實(shí)驗(yàn)研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2009.

［2］郭光輝.基于數(shù)值模擬密接式車(chē)鉤工藝改進(jìn)［D］.北京：北京交通大學(xué)，2007.

［3］董鴻燕.多點(diǎn)實(shí)時(shí)高精度溫度傳感系統(tǒng)［D］.北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2008.

［4］丁 敏.基于單片機(jī)的電阻爐溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.西安：長(zhǎng)安大學(xué)，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(jí)工程師.E－mail：27242104＠qq.com