浮法玻璃热端热电偶的应用

刘 敏，张云光，田万春

（中国建材国际工程集团有限公司，深圳 518054）

浮法玻璃热端热电偶的应用

刘 敏，张云光，田万春

（中国建材国际工程集团有限公司，深圳 518054）

该文根据热电偶的实际工作环境及其相关元件特点，对热电偶进行了合理选择及补偿导线操作，确保了安装及接线正确，从而进一步降低了热电偶的测量误差，提高了玻璃的质量。

浮法玻璃； 热电偶； 补偿导线； 温度反馈

浮法玻璃热端是浮法玻璃生产线的中心所在，热端的核心又是熔化、成形和退火三大热工工段，而其中一个直接影响玻璃质量的重要的温度检测元件就是热电偶，通过热电偶反馈的温度进入DCS系统及仪表，对其他设备进行相应控制。热电偶有测量精度高、测量范围广、构造简单、接线方便等优点，该文主要就热端中热电偶的种类、选择、安装、相应的补偿导线的接线应用及注意事项等方面结合实际做简单阐述。

1 热电偶的种类及选择

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。从1988年1月1日起，我国标准化热电偶全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。

每种分度号对应的材质、温度范围、特点，如表1所示。

玻璃生产线上采用标准热电偶。根据使用温度范围、所需精度、使用气氛、测定对象的性能、响应时间和经济效益等综合考虑选择不同的热电偶。以下分别按熔化、成形、退火三大工段介绍。

1.1 熔化工段

熔化工段需要的热电偶温度反馈指示及温度控制的部位主要包含工作部和冷却部碹顶、池底、烟道、吊墙等。碹顶温度一般在900～1 650℃，按上表应选择精度高的B型热电偶，使用刚玉管作为保护管；池底温度范围800～1 200℃，选择S型热电偶，保护管为高铝管；烟道温度300～800℃，选择K型或E型热电偶，保护管为1Cr25Ni20。吊墙温度范围一般在0～800℃，因距离长、环境恶劣，需要使用具有耐久性、能弯曲、耐高压、热响应快等优点的铠装K型热电偶，保护管采用1Cr18Ni9Ti。

表1 分度号对应的材质、温度范围、特点

1.2 成形工段

该工段测温点一般包含流液道、槽内空间、罩内空间、锡液、槽底、出口唇板等。流液道的温度反馈决定对应的风量大小，需要较高精度的S型热电偶，而测量槽内温度的热电偶需要可以弯曲，应根据温度范围选择铠装的S型和K型热电偶，其他位置的测点也应分别根据相应的温度、安装位置、使用气氛等选择S型、K型、E型热电偶。

1.3 退火工段

进入退火工段的温度一般在620℃左右，选用K型热电偶。

2 热电偶安装

玻璃熔窑的温度一般在1 550～1 650℃，粉尘化学腐蚀性强，另外热电偶的价格昂贵，因此正确安装热电偶至关重要。安装的好坏不仅影响精度，也会影响使用寿命。对于熔化部碹顶的热电偶支架制作安装及电偶插入深度要把握好，穿透式热电偶一般不超过碹顶内表面50mm，如插入过深，就会被火焰冲刷、料粉腐蚀，热电偶的寿命会大大缩短，因此我们通常使用的是非穿透式热电偶。另外热电偶的接线盒不要太靠近窑顶表面以致过热超过规定温度范围（0～100℃或0～150℃），造成温度测量误差乃至热电偶损坏，因此热电偶距窑顶表面大于350mm为宜，支架要水平稳固，如图1所示。

熔窑碹顶的B型热电偶，考虑到其为贵金属，为了防止操作不当造成损坏，提高工作效率，更换时步骤尤为重要。首先要将接线换成新的热电偶，使之在窑顶预热30min，预热后将新的热电偶插入一部分，每过15min插入5公分，直至放置法兰位置为止，调节法兰位置到确切位置，观察温度指示。热电偶安装孔洞处都要用玻璃棉、纤维等填充物进行封堵，防止火焰冲击和杂物进入。

熔化池底热电偶利用管夹、梁夹固定在池底次梁上，但是是可移动的，以免熔窑砖升温后，砖结构膨胀，将热电偶损坏，如图2所示。

对于成形工段的锡液温度测量，因玻璃液具有一定的流速，为了保证测温元件与液体充分接触，一般倾斜成30°角或45°角左右插入，最小插入深度为其保护管外径的8～10倍，如图4所示。槽内、罩内、槽底及出口唇板热电偶安装图分别见图3、图5、图6和图7。

3 热电偶与补偿导线的匹配连接

由于热电偶的材料一般都比较贵重（特别是采用贵金属的B型R型S型），测温点在现场，而信号反馈到的DCS系统或仪表都安装在控制室内，距离都有几十米乃至上百米远。为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到DCS系统或仪表端子上。补偿导线是在一定温度范围内（包括常温0℃）具有与所匹配热电偶热电动势相同标称值的一对带有绝缘层的导线，用它们连接热电偶与测量装置，以补偿它们与热电偶连接处的温度变化所产生的误差。一般的屏蔽导线是不能满足上述要求的，同时必须指出，热电偶通过补偿导线连接后，热电偶的热电特性仅与被测点温度和控制室的DCS系统端子或仪表柜上仪表端子有关，而与现场接线盒端（参考端）无关。补偿导线的作用只是延长了热电偶，并不能消除参考端不为0℃时的影响。因此还必须利用诸如0℃恒温器法、仪表自动补偿法、计算法等方法将热电偶参考端温度修正到0℃。补偿导线的正确使用至关重要，在使用时应注意。

3.1 补偿导线有正负极之分，极性不能接错

每种类型的热电偶对应的补偿导线的正负极都有不同颜色的绝缘附着层，如表2所示。

热电偶与补偿导线的接线盒不得超过规定的使用温度（一般0～100℃或0～150℃）。超过规定温度范围，热电偶与补偿导线的热电特性产生偏差而影响测温精度，同时两个连接点尽量靠近，防止产生的温度有较大偏差。

3.2 补偿导线布线距离尽量缩短

热电偶的信号都是微伏极，若布线距离过长，信号会严重衰减，加上环境中强电的干扰信号，足以使热电偶信号失真，造成DCS系统或仪表中显示控制温度值误差及温度波动。热电偶补偿导线信号为弱电信号，为了减少干扰，应采用屏蔽补偿导线，且布线时应与强电如风机泵类电缆分开布置，在避免不了穿越的地方，也尽可能采用交叉方式，不要平行敷设；为了便于安装，可选用多股小截面导线，也可根据需要选用防水，防腐，防火的导线；用粗直径或导电系数大的补偿导线可以减少热电偶回路的电阻，利于仪表正常工作和自动控温；屏蔽补偿导线的屏蔽层连接到接地端子，起到屏蔽作用，提高测量精度。

表2

4 热电偶在使用中注意事项及故障排除

在实际项目中往往因为工作人员粗心大意或对热电偶应用相关专业知识的匮乏，导致安装和操作不当，造成仪表测量偏差、热电偶损坏、维修困难、毛病率高等问题，进而影响玻璃质量。因此在使用中应注意：

1）在使用补偿导线时一定要注意热电偶与补偿导线型号的匹配，不能仅用普通屏蔽铜导线代替。

2）热电偶的正负极与补偿导线的正负极要相互对应，不可接错。

3）插入深度的影响，沿着传感器的方向会产生热流，当环境温度低时会产生散热和传热损失，使热电偶与被测温度不一致而产生误差，插入深度不同直接影响这种误差，金属保护管的热电偶因金属传热性好应该插入深一些，而陶瓷保护管如刚玉管、高铝管等绝热性能好，热电偶应插入浅一些。

4）热电偶要进行保护接地，防止短路。

5）若热电势比实际值小即显示值偏低有可能是以下几种原因造成的：（1）热电偶接线柱处积灰容易短路，要定期清扫；（2）补偿导线间短路，最常见的是接线盒部位，表面无法察觉，实际绝缘胶已经部分碳化，降低了导线的绝缘，时间长了便会短路，造成测量错误；（3）热电偶热电极的变质，厂家出于资金考虑，特别是1 100℃以上时选用K型偶，K型偶的材料－铬，在高温下选择性氧化，热电势随之逐渐下降，直至出现损坏才能被发现。

5 结 语

热电偶是获得温度信息的一个非常可靠而精确的测量工具。如果掌握了其工作原理和特点以及影响其测量精确度的主要因素及使用中的注意事项，合理正确地使用，完全可以成功实现对热端各工段温度的准确检测及对相应的工艺设备的正确控制，是生产出高品质玻璃的重要保障。

［1］金衍胜.火电厂直接空冷系统传热性能实验研究［D］.北京：华北电力大学，2009.

［2］郭光辉.基于数值模拟密接式车钩工艺改进［D］.北京：北京交通大学，2007.

［3］董鸿燕.多点实时高精度温度传感系统［D］.北京：中国地质大学，2008.

［4］丁 敏.基于单片机的电阻炉温度控制系统的设计［D］.西安：长安大学，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.

刘 敏（1981－），高级工程师.E－mail：27242104＠qq.com