特種測(cè)溫熱敏電纜是在熱電偶基礎(chǔ)上發(fā)展出一種新測(cè)溫技術(shù)的溫度傳感器，又被稱為連續(xù)熱電偶(Gontinuous Thermocouple)或?qū)崾綗犭娕?Heating Seeking Thermocouple)。熱敏電纜利用熱電偶的熱電效應(yīng)，但測(cè)量的不是偶頭端部的溫度，而是沿?zé)犭姌O長(zhǎng)度上最高溫度點(diǎn)處的溫度。由于它這種獨(dú)特功能，最初被美國作為高、精、尖端技術(shù)設(shè)備安裝鋪設(shè)在航空母艦和驅(qū)逐艦的艦艙以及軍用飛機(jī)、航天器、軍備庫等準(zhǔn)軍事設(shè)備中。昌暉儀表生產(chǎn)的熱敏電纜使用溫度范圍在-40~900℃，耐腐蝕、抗振動(dòng)沖擊，可用在很多感溫電纜、感溫光纖均無法應(yīng)用的場(chǎng)合，預(yù)防、減少因 “過熱”引起的事故和損失。
熱敏電纜的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
1、熱敏電纜結(jié)構(gòu)
熱敏電纜主要由熱電極、隔離材料、保護(hù)管三部分構(gòu)成。熱電極是一對(duì)平行的彼此隔開一定距離的導(dǎo)線，電極的分度號(hào)、材質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶相似，國產(chǎn)一般選K型熱電偶做電機(jī)，熱敏電纜的熱電勢(shì)與溫度成 一一關(guān)系。熱電極之間緊密填充的隔離材料是用專門工藝制成的具有負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻材料，低溫時(shí)電阻很大，是一種絕緣體，隨著溫度的升高，電阻急刷降低。熱敏電阻材料是制造熱敏電纜的關(guān)鍵，曾采用不同的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料作為隔離材料，例如，20世紀(jì)80年代研制的熱敏電纜采用二氧化錳作為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料(見美國專利4647710)。目前市場(chǎng)上有幾種由不同的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻材料制成的熱敏電纜，其最外層是鎧裝金屬保護(hù)管，如耐熱耐蝕合金、不銹鋼或雙層聚四氟乙烯等，為熱敏電纜提供了良好的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，安裝和使用都很方便。端部有接插件，可以通過接插件延長(zhǎng)其長(zhǎng)度。
2、鎧裝連續(xù)熱電偶特點(diǎn)
①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。連續(xù)熱電偶沿線任意點(diǎn)均可感溫，自動(dòng)產(chǎn)生毫伏信號(hào)，無需外接電源，所以在易爆場(chǎng)合可安全工作。
②堅(jiān)固耐用。鎧裝結(jié)構(gòu)，既有較好韌性，又有足夠強(qiáng)度，安裝時(shí)可彎曲，易夾緊、固定，幾乎不需要日常維護(hù)保養(yǎng)，防潮防濕。
③可分度。熱敏電纜的熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系參照連續(xù)熱電偶生產(chǎn)廠家提供的連續(xù)熱電偶分度表，無需現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定。
④兼容性強(qiáng)：
a、用專用連續(xù)熱電偶溫度變送器YR9031X-X將熱敏電纜毫伏信號(hào)轉(zhuǎn)換成二線制4-20mA信號(hào)；
b、用專用連續(xù)熱電偶信號(hào)采集模塊YR-9740A將熱敏電纜信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以RS485通信方式提供給PLC和DCS
⑤報(bào)警點(diǎn)可控制系統(tǒng)上任意設(shè)定
⑥連續(xù)熱電偶在80~880℃溫度范圍內(nèi)一直持續(xù)工作直至損壞
⑦可以測(cè)量溫度上升的速率
⑧測(cè)量最高點(diǎn)溫度(非平均溫度)
⑨不需現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，無需激活
熱敏電纜的輸出熱電勢(shì)與同種K型熱電偶相比稍有降低，換算成溫度大約相差幾度(在同一溫度下，連續(xù)熱電偶的溫度一致性不如普通熱電偶，偏差可達(dá)±10℃)。
熱敏電纜工作原理
熱敏電纜是一種用于測(cè)量沿?zé)犭娕伎v向空間最高溫度點(diǎn)溫度的新型傳感器，它的測(cè)溫原理與熱電偶相同。它的一對(duì)熱電極就是一對(duì)熱電偶絲，當(dāng)連續(xù)熱電偶長(zhǎng)度上任何一點(diǎn)的溫度(T1)高于其他部分的溫度時(shí)，該處的熱電極之間的絕緣電阻就降低，導(dǎo)致出現(xiàn)“臨時(shí)”熱電偶測(cè)量端，這時(shí)它就構(gòu)成一支常規(guī)熱電偶，只要在熱電極參考端測(cè)量出熱電勢(shì)，就能確定接點(diǎn)處(“臨時(shí)”熱接點(diǎn))溫度(T1)。如果熱敏電纜上另外一處出現(xiàn)T2高于T1的情況，該處熱電極之間的絕緣電阻會(huì)變得低于T1點(diǎn)的電阻，導(dǎo)致出現(xiàn)新的“臨時(shí)”熱電偶測(cè)量端，那么熱電極參考端測(cè)量出的熱電勢(shì)，對(duì)應(yīng)于熱電偶上新出現(xiàn)的T2點(diǎn)處的溫度。這就是“臨時(shí)”熱電偶熱接點(diǎn)之所以能跟蹤熱敏電纜上的最高溫度點(diǎn)的原理，如圖所示。
由上述工作原理可知，由于兩電極間并非完全接觸，它們之間被一個(gè)低阻值熱敏電阻分隔，因此在測(cè)量端測(cè)得的熱電勢(shì)將稍有降低，出現(xiàn)一定的測(cè)溫誤差。一般來說，溫度越高，高溫范圍越廣，則誤差越小。為減少這種誤差，有的廠家又增加一對(duì)熱電偶芯線，同樣采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻作為隔離材料，利用這對(duì)芯線作輔助測(cè)量，可以在一定程度上修正誤差。如果需要確定高溫點(diǎn)的位置，則要增加一根測(cè)距電纜。該電纜有三根芯線，一端為低阻線，兩根為高阻線，電阻率分別為ρ1和ρ2，它們之間也采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻所隔離，一旦出現(xiàn)高溫點(diǎn)，三線之間相當(dāng)于用兩個(gè)低值電阻r相連，如圖所示。
測(cè)量低阻線和高阻線1間的電阻RAC，低阻線和高阻線2的電阻RBC，并取其差值，即可求得：RAC-RBC=R1+R+r-(R2+R+r)=R1-R2。公式中R1為測(cè)控端到熱接點(diǎn)處高阻線1的阻值；R2為測(cè)控端到熱接點(diǎn)處高阻線2的阻值；R為測(cè)控端到熱接點(diǎn)處低阻線的阻值。從這個(gè)公式可見，上述運(yùn)算結(jié)果已消去接觸電阻r，再根據(jù)公式L=K×(R1-R2)/(ρ1-ρ2)可求得測(cè)控端與熱接點(diǎn)的距離L。
連續(xù)熱電偶技術(shù)參數(shù)
①外層護(hù)管：Inconel 600耐熱合金
②測(cè)溫元件：標(biāo)準(zhǔn)K型熱電極(與傳統(tǒng)K型鎧裝熱電偶相比低一定溫度值，連續(xù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度對(duì)應(yīng)變化就有明顯區(qū)別，使用時(shí)需要制造商提供特定的分度表)
③輸出信號(hào)：與纜線最高溫度點(diǎn)溫度對(duì)應(yīng)的直流毫伏信號(hào)
④正常工作溫度：80-880℃
⑤極限溫度：-40～900℃
⑥外徑尺寸：2mm或3mm，其他直徑需要與工廠協(xié)商定制
⑦彎曲半徑：鎧裝電纜直徑的15-20倍
⑧配套補(bǔ)償導(dǎo)線：2×0.5mm2 專用高溫型補(bǔ)償導(dǎo)線或高溫型屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線(通用型K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線與專用補(bǔ)償導(dǎo)線分度不同)
⑨尋熱式熱電偶輸出阻抗：工作狀態(tài)下的連續(xù)熱電偶輸出阻抗很大，信號(hào)不能直接接入通用儀表/PLC/DCS，要求與之配套的儀表輸入阻抗＞40MΩ且內(nèi)置連續(xù)熱電偶分度表，通用的K分度號(hào)顯示儀表/溫度變送器/系統(tǒng)I/O卡件均測(cè)量不到信號(hào)。
⑩尋熱式熱電偶分度表/連續(xù)熱電偶分度表/特種測(cè)溫?zé)崦綦娎|分度表
連續(xù)熱電偶安裝
1、連續(xù)熱電偶安裝在高溫設(shè)備表面的方法：
①在設(shè)備表面焊接有若干螺母，用于安裝連續(xù)熱電偶全不銹鋼固定組件；
②全不銹鋼固定組件用于固定壓板和填料；
③連續(xù)熱電偶由壓板和調(diào)料壓緊在高溫設(shè)備表面；
④專用補(bǔ)償導(dǎo)線通過走線槽連接入接線盒(接線盒內(nèi)部安裝有接線端子、連續(xù)熱電偶溫度變送器/連續(xù)熱電偶數(shù)據(jù)采集模塊和接地端子)。
2、連續(xù)熱電偶的兩種安裝方式
普通熱電偶測(cè)量端的偶絲需要焊接在一起，因熱電偶正負(fù)極接通的點(diǎn)(即焊點(diǎn))是固定的，只能通過這個(gè)接通點(diǎn)來測(cè)量溫度，故普通熱電偶都是冷端連接補(bǔ)償導(dǎo)線。假如普通熱電偶在測(cè)量端和冷端之間熱電極出現(xiàn)斷點(diǎn)，則普通熱電偶損壞，不能繼續(xù)使用。
連續(xù)熱電偶的偶絲是平行的，沒有焊接在一起，在連續(xù)熱電偶電纜長(zhǎng)度上出現(xiàn)最高溫度時(shí)該溫度點(diǎn)所在位置的兩偶絲之間臨時(shí)接通，形成類似普通熱電偶測(cè)量端的焊點(diǎn)，這時(shí)連續(xù)熱電偶就將這個(gè)最高溫度點(diǎn)的溫度測(cè)量出來，也正是連續(xù)熱電偶的這種特性，連續(xù)熱電偶在電纜長(zhǎng)度范圍內(nèi)的任意一個(gè)點(diǎn)出現(xiàn)最高溫度都可以被測(cè)量出來。
連續(xù)熱電偶可以在測(cè)溫電纜的一端或兩端連接補(bǔ)償導(dǎo)線(見圖1和圖2)。昌暉儀表給大家說說兩種接線在使用中的區(qū)別：
①連續(xù)熱電偶一端連接補(bǔ)償導(dǎo)線，如圖1所示。這種接線方式與普通熱電偶接線方式完全相同，當(dāng)測(cè)溫電纜中部偶絲出現(xiàn)1個(gè)斷點(diǎn)，此時(shí)連續(xù)熱電偶能測(cè)量斷點(diǎn)與冷端之間這段測(cè)溫電纜長(zhǎng)度上的最高溫度，測(cè)溫電纜感溫長(zhǎng)度縮短。
圖1 連續(xù)熱電偶一端接補(bǔ)償導(dǎo)線
②連續(xù)熱電偶兩端連接補(bǔ)償導(dǎo)線，如圖2所示。當(dāng)測(cè)溫電纜中部偶絲出現(xiàn)1個(gè)斷點(diǎn)，則連續(xù)熱電偶能測(cè)量除斷點(diǎn)位置外電纜長(zhǎng)度上的最高溫度；假如測(cè)溫電纜中部偶絲出現(xiàn)2個(gè)或2個(gè)以上斷點(diǎn)，則連續(xù)熱電偶能測(cè)量相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)斷點(diǎn)位置外電纜長(zhǎng)度上的最高溫度，測(cè)溫電纜感溫長(zhǎng)度縮短。連續(xù)熱電偶在測(cè)溫電纜的兩端連接補(bǔ)償導(dǎo)線稱為連續(xù)熱電偶冗余結(jié)構(gòu)。昌暉儀表生產(chǎn)的連續(xù)熱電偶推薦使用這種接線方式。
圖2 連續(xù)熱電偶兩端接補(bǔ)償導(dǎo)線(有冗余)
在訂購連續(xù)熱電偶時(shí)還需要配套訂購與連續(xù)熱電偶固定組件、壓板/填料、走線槽、接線盒、專用補(bǔ)償導(dǎo)線和專用溫度變送器/信號(hào)采集器。
◆連續(xù)熱電偶固定組件材質(zhì)304材質(zhì)，每套含1個(gè)通絲螺桿、2個(gè)平墊圈、2個(gè)彈墊圈、2個(gè)螺母。固定組件數(shù)量等于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上所焊接螺母數(shù)量，工廠交貨時(shí)約有6%余量。
◆壓板及填料
壓板及填料共計(jì)若干米(每一圈約等于設(shè)備表面周長(zhǎng))。
連續(xù)熱電偶工業(yè)應(yīng)用
以K型鎧裝連續(xù)熱電偶作感溫元件的分布式溫度監(jiān)測(cè)與過溫報(bào)警系統(tǒng)已在國內(nèi)煤化工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要用于氣化爐等大型設(shè)備表面溫度監(jiān)測(cè)與過溫報(bào)警。除了可以用于氣化爐表面測(cè)溫，還可以用于儲(chǔ)煤倉煤堆測(cè)溫、多晶硅鑄錠爐測(cè)溫、火力發(fā)電空預(yù)器測(cè)溫、鍋爐爐殼測(cè)溫、機(jī)車動(dòng)力艙溫度監(jiān)測(cè)等。
昌暉儀表根據(jù)用戶的要求，生產(chǎn)與K鎧裝連續(xù)熱電偶配套的整套系統(tǒng)(如連續(xù)熱電偶溫度變送器、連續(xù)熱電偶采集系統(tǒng)、K型熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線、耐高溫接插件、安裝壓塊壓條等)，并提供現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)安裝服務(wù)。
