熱電偶在化工企業生產中常見故障及處理方法

孫林

（本鋼集團北營焦化廠，遼寧 本溪 117017）

一、熱電偶的基本原理

將兩種不同材料的導體或半導體焊接起來，構成一個閉合回路，如下圖所示：當導體的兩個連接點之間存在溫差時，兩者之間便產生電動勢，因而在回路中產生電流，這種現象稱為塞貝克效應，所產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體材質以及兩端溫差有關，與熱電偶導體的長度、直徑無關。直接用作測量介質溫度的一端叫工作端（測量端），另一端稱為冷端（補償端）。

熱電偶的導體材料一般都屬于貴金屬，而化工企業現場的測溫點到儀表的距離都很遠，為了節省熱電偶材料，降低材料成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（補償端）延伸到溫度比較穩定的控制室的儀表盤柜內，連接到儀表端子上。熱電偶補償導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，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

二、熱電偶的性能特點

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，構造簡單，使用方便。熱電偶是由兩種不同材質的金屬絲焊接構成，不受長度和大小限制，外有保護套管，使用起來方便。

最后，信號低，易受外部信號干擾。因熱電動勢產生的范圍在0～70mV之間，毫伏級電壓信號相當弱，極易受外部信號干擾，所以在熱電極生產、現場安裝、補償導線屏蔽要求較高。

此外，熱電偶的價格低廉、壽命長。普通的熱電偶幾百元左右，常規環境下一般可穩定運行4-6年時間，主要受腐蝕、磨損等原因而影響使用壽命，很少會發生機械故障。

三、熱電偶常見故障分析

熱電偶在運行維護中發生的故障率相比其它儀表設備偏低，但是一旦發生故障之后，查找原因相比較困難，常規的檢查方法是將計算機或二次儀表側的接線解開，將溫度元件與系統斷開，縮小排查范圍，從熱電極到補償導線逐一進行檢查、分析，再根據具體情況處理故障。在焦化廠干熄焦區域的實際維護中，熱電偶出現的故障，總結有如下幾種情況：

（一）顯示值比實際值偏小

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換環節出現的問題（下同）。可能原因為熱電極短路、接線端子或補償導線短路、熱電偶特性失效等等，應從簡而難一一排除。檢查熱電極直流電阻以及補償導線絕緣阻值，一般熱電偶的直流電阻在100 歐左右，補償導線絕緣要求在500V電壓下應達到100M 歐以上；現場接線端子是否正常、是否存在積灰較嚴重。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這種缺陷現象，還因考慮檢查熱電偶接線端子是否接反、是否是新放、補償電纜型號是否與之匹配、極性是否接反。

（二）顯示值比實際值偏高

即熱電勢比實際值偏高。發生這種故障的原因可能為補償導線絕緣不佳導致干擾信號竄入，也有可能是因為熱電極性能發生失效，一般處理過程與情況1 相似，各種具體情況可綜合考慮進行處理。

（三）熱電勢輸出不穩定或無輸出

可能的原因是接線端子銹蝕不導通、松動、松脫，補償導線瞬間短路或瞬間接地或將斷未斷開，也有可能熱電極將斷未斷，也有可能是受到外界干擾。各種原因應一一進行排除，對于外界干擾是無法從測量上進行判定的，只能從溫度變化和現場電纜走向情況進行綜合分析，并采取有效的屏蔽措施進行處理。

（四）熱電偶熱電勢誤差大

在正常運行中發生可能的原因是熱電偶變質或保護管表面積灰，造成溫度測量偏差大。這種情況在運行中較易判定，重新更換熱電偶即可。總之，在處理熱電偶故障時，應將溫度元件、補償導線分開一一檢查的同時，還應考慮其他情況，綜合各種現場因素，特別是現場錯綜復雜的信號干擾，進行處理。

四、針對故障提出的建議

首先，重要的溫度測點元件應送儀表校檢，不符合技術要求的溫度元件要及時更換；其次，重視熱電偶補償導線的絕緣檢查，技術值應嚴格按照相關規定執行；再次，對于易發生熱電偶磨損、腐蝕的測點，除了要加強措施，安裝防護板，減少磨損，還可根據實際情況進行周期性更換，以保證機組的安全穩定運行；最后，在現場處于惡劣環境的接線端子最好能定期進行清灰，減少端子積灰造成回路短路故障，另外還應更換現場腐蝕嚴重的接線端子排，避免銹蝕而造成回路導通不良的故障。

五、總結

熱電偶出現故障之后，要根據故障現象進行分解分析，判斷故障點位置；要熟悉現場環境結合內外各種因素，在處理熱電偶故障處理上會事半功倍。