熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。熱電偶測溫的基本原理：將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)電流，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)工作的。
玻璃熔窯爐頂(Melter Crown)測得熔制溫度高達(dá)1540-1570℃左右，此溫度它關(guān)系到玻璃液的質(zhì)量與出料量。因此窯爐的溫度自動(dòng)控制均以爐頂溫度為準(zhǔn)。它采用的熱電偶分度號(hào)為B型?，F(xiàn)就此點(diǎn)的溫度測量與控制趙民生工程師談?wù)勈褂貌龝煙犭娕嫉捏w會(huì)。
熱電偶在玻璃工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如用在玻璃熔窯熔化池的窯頂、熔化池的底部、流液洞的側(cè)部、前臉墻、工作池的頂部、料道頂部、蓄熱室的頂部/上部/中部/底部及煙囪等。玻璃熔窯熱電偶典型安裝位置見圖1。爐頂溫度測點(diǎn)一般在噴槍處向前2/3處或者是在更前處，此點(diǎn)是玻璃熔窯的熱點(diǎn)，同時(shí)馬蹄型窯爐其交換左右火焰均在此位置轉(zhuǎn)向，對(duì)交換后火焰的影響也較小。此點(diǎn)的溫度反應(yīng)較快、靈敏度高基本能代表玻璃熔窯內(nèi)的溫度情況。
圖1 玻璃熔窯熱電偶的位置分布
表1 典型玻璃熔窯使用熱電偶的部位及數(shù)量
1、玻璃熔窯爐頂熱電偶的安裝注意事項(xiàng)及應(yīng)用
由于玻璃熔窯內(nèi)的溫度高，粉塵多以及化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，因此正確地安裝熔化池爐頂上的熱電偶，準(zhǔn)確地測溫以及延長熱電偶的壽命是十分重要的。有經(jīng)驗(yàn)證明熱電偶過早損壞等，其很大原因是由于不適宜的安裝所致。有時(shí)甚至?xí)绊懙綘t頂?shù)膲勖Ｒ韵聨c(diǎn)體會(huì)供玻璃工業(yè)同行參考：
①插入玻璃熔窯頂部的熱電偶，插入窯內(nèi)深度不能超過窯頂內(nèi)表面的50.8mm，如熱電偶插入過深，就會(huì)被火焰沖刷與料粉腐蝕，其熱電偶的壽命會(huì)大大縮短。見圖2
圖2 玻璃窯爐爐頂熱電偶伸出窯爐內(nèi)小于50.8毫米
同時(shí)插入熱電偶的孔與熱電偶剛玉管之間的空隙，必須要用玻璃棉、玻璃纖維等填充物將此空隙堵嚴(yán)，以防產(chǎn)生“煙囪效應(yīng)”(Chimney Effect)，使火焰從空隙處沖出燒毀熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線等。
②玻璃熔窯爐頂熱電偶必須要有足夠的長度，熱電偶接線盒距窯頂表面長度要大于150-250毫米(見圖2)。如接線盒處的溫度過高，其測量的溫度將會(huì)產(chǎn)生較大的誤差，甚至燒毀接線盒。
③玻璃窯爐爐頂測溫的熱電偶磚如采用的是盲孔，為了提高該溫度靈敏度，可將該測溫磚多插入窯頂一些，使熱電偶的測點(diǎn)基本與窯頂內(nèi)壁平口或者再多插一點(diǎn)(如圖3)。
圖3 插入盲孔測溫磚的玻璃窯爐爐頂熱電偶安插要點(diǎn)
盲孔測溫磚，其盲孔測溫的修正值有以下的經(jīng)驗(yàn)：測出的溫度一般比正常測玻璃液溫度約低50℃，如盲孔測出溫度為1510℃，推算出其窯內(nèi)的火焰溫度為1560℃。此點(diǎn)為筆者的體會(huì)，望各位在工作中驗(yàn)證。同時(shí)其盲孔的熱電偶瓷管的空隙，也要用玻璃棉與纖維等填充物將此空隙堵嚴(yán)。以防磚有小裂紋而產(chǎn)生的“煙囪效應(yīng)”，最終會(huì)使火焰竄出。
另外在現(xiàn)場處理盲孔磚有經(jīng)驗(yàn)證明，在建爐過程中由于各項(xiàng)工作交叉進(jìn)行，難免有一些疏忽。在盲孔測溫孔里現(xiàn)場我們常發(fā)現(xiàn)有螺絲、螺帽、小磚塊等掉落盲孔內(nèi)。窯爐點(diǎn)火升溫后處理起來十分麻煩。提醒同行注意。在建爐時(shí)可用紙張與木塊等物將其先塞住。點(diǎn)火升溫需插熱電偶時(shí)，取下堵孔的紙等即可安裝熱電偶。
玻璃熔窯爐頂測溫的熱電偶磚要使用整塊的專用磚，圖五為爐頂測溫的通孔專用磚。其材質(zhì)必須要與爐頂磚材一致。具體如圖4：
圖4 玻璃窯爐爐頂熱電偶的專用磚
有不少玻璃工廠采用在爐頂隨意留一孔或者現(xiàn)場鉆一孔，結(jié)果隨著窯爐數(shù)年燃燒后造成了火焰的竄出，使得該熱電偶四周爐頂磚侵蝕松動(dòng)或竄火，嚴(yán)重影響到熱電偶甚至玻璃熔窯爐頂?shù)膲勖?，其代價(jià)是很大的。望引起同行們的注意。
⑥窯頂?shù)臒犭娕急仨氁褂萌羌芑蛘叻ㄌm盤支撐，它們必須要堅(jiān)固穩(wěn)定可靠有效。不能有傾斜和高低不平不穩(wěn)等現(xiàn)象，見圖2。
2、熔窯底部測溫熱電偶注意事項(xiàng)及解決辦法
熔窯底部測溫?zé)犭娕?，特別在電助熔的池窯底部測溫?zé)犭娕荚诎惭b時(shí)(見圖5)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：
圖5 玻璃熔窯底部測溫熱電偶安裝
②要注意熱電偶干擾問題，一般在安裝時(shí)保證熱電偶與鋼結(jié)構(gòu)的絕緣！
③該部位測溫?zé)犭娕嫉难a(bǔ)償導(dǎo)線不能與其電力線排在一起，以免強(qiáng)電干擾。
③在池窯底安裝熱電偶，需注意不能用螺絲固定死，應(yīng)是可移動(dòng)的，以免熔窯升溫后，磚結(jié)構(gòu)膨脹，將熱電偶剛玉管損壞。
3、玻璃熔窯流液洞測溫?zé)犭娕及惭b
在測流液洞的溫度時(shí)，為了安全一般測其側(cè)部溫度，而且均是盲孔測溫，其盲孔測溫的修正值如上所述，該測點(diǎn)的溫度值較為重要，能指導(dǎo)安全生產(chǎn)的過程，見圖6
圖6 流液洞測溫?zé)犭娕及惭b
4、玻璃熔窯蓄熱室溫度測量
在測蓄熱室上部、中部、下部溫度時(shí)，熱電偶智能水平插入，此時(shí)要注意，因?yàn)闆]有一支熱電偶經(jīng)數(shù)小時(shí)高溫后，還能支撐其本身重量而不使其保護(hù)管彎曲和斷裂的，所以在插入時(shí)，要注意將熱電偶擱在格子磚上，因此該熱電偶必須有足夠的長度。
5、玻璃熔窯供料道測溫?zé)犭娕及惭b
現(xiàn)代制瓶機(jī)越來越快，它向著高機(jī)速、多料滴、輕量化的方向發(fā)展。因此料道溫度必須有精確的控制及良好的均化。有資料介紹：當(dāng)料道溫度變化±1℃，料溫變化高達(dá)3%。因此測量和控制料道溫度十分重要。在料道上一般采用三點(diǎn)式熱電偶，在料道的中部、左、右兩側(cè)均有三點(diǎn)式熱電偶，共9點(diǎn)，以正確、全面地反映料道內(nèi)的溫度情況(見圖7)。料道測溫?zé)犭娕际遣捎勉K材料的外護(hù)管或波材料的涂層，以延長其使用壽命，同時(shí)可減少其對(duì)玻璃的污染。
圖7 玻璃窯爐供料道測溫?zé)犭娕及惭b
6、熱電偶斷偶以及斷偶后的應(yīng)對(duì)措施
熱電偶是易耗品，它的老化主要是由于銠從一根電線遷移到另一根，這取決于溫度及其氣氛，因此老化的影響是不能定量的。它的損壞有其突然性與隨機(jī)性。窯頂控制點(diǎn)的熱電偶，一旦斷線、斷偶，其輸入為0mV，這時(shí)自動(dòng)控制儀表自動(dòng)輸出為最大值，這將會(huì)導(dǎo)致某些事故的發(fā)生。此時(shí)必須要有限幅裝置，將燃油的流量(天然氣的流量)或者電加熱功率等要加以限制并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以免發(fā)生超溫?fù)p壞窯爐等現(xiàn)象。
現(xiàn)在大型窯爐對(duì)窯爐溫度自動(dòng)控制與監(jiān)視是十分重視的，當(dāng)熱電偶損壞后，我們不但要有一系列的自動(dòng)措施，而當(dāng)人工干預(yù)時(shí)也要有該點(diǎn)的溫度顯示。圖8就是在爐頂同一點(diǎn)上鉆二個(gè)孔，一通孔一盲孔，分別插熱電偶以解決此問題：
圖 8 窯爐頂上同一點(diǎn)上通孔與盲孔的專用磚
其中一個(gè)通孔其熱電偶的信號(hào)是作為自動(dòng)控制窯爐溫度的。另一盲孔作為溫度顯示的，一旦通孔內(nèi)的熱電偶燒壞，窯爐操作人員立即將自動(dòng)控制切換到手動(dòng)，以此盲孔的溫度值作為顯示手動(dòng)調(diào)節(jié)以維持生產(chǎn)。
7、熱電偶定期調(diào)換
窯頂?shù)淖鳛榭刂泣c(diǎn)的熱電偶一般半年左右要定期調(diào)換下來，以免正常工作中燒壞燒斷，影響玻璃熔窯的正常工作。調(diào)換新熱電偶時(shí)，要完全杜絕熱電偶瞬間插入穿孔內(nèi)，以防熱電偶外管冷熱聚變使其爆裂，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)該鉑銠熱電偶插入的速度要保持在每小時(shí)30-40毫米。每次定期調(diào)換好后，必須要做好記錄：調(diào)換的日期、熱電偶型號(hào)、熱電偶長度、安裝部位、調(diào)換者的姓名以及下次調(diào)換的日期等參數(shù)。為下次調(diào)換者一目了然，以免錯(cuò)過。這在當(dāng)代電腦普及時(shí)代僅是舉手之勞，但其效果不可小視。
8、熱電偶使用中的注意點(diǎn)
玻璃熔窯是在高溫連續(xù)生產(chǎn)的工況下工作的，要如何保持熱電偶長期正常工作，保證玻璃熔窯的正常運(yùn)行，有幾點(diǎn)體會(huì)與同行討論：
①熱電偶在接線時(shí)，要采用正確的補(bǔ)償導(dǎo)線，如果不采用補(bǔ)償導(dǎo)線或者錯(cuò)用補(bǔ)償導(dǎo)線，那將會(huì)產(chǎn)生較大的測溫誤差(建議閱讀《正確使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線案例分析》技術(shù)文章)。
②要注意沒有一個(gè)窯爐的燃燒其溫度與工況是完全一樣的。一般的支架是不能精確定位的，水平方向的變動(dòng)與垂直方向的變動(dòng)，其溫度必然會(huì)變化。因此窯爐操作人員必須要根據(jù)本窯爐出料情況與玻璃液的質(zhì)量，定出各自玻璃熔窯控制溫度值，甚至在每次調(diào)換該點(diǎn)熱電偶后，也要修正好該點(diǎn)的窯爐溫度數(shù)值，以保證玻璃液的質(zhì)量。
③我國一些地區(qū)有些玻璃工廠目前還較普遍地使用輻射高溫計(jì)來測量玻璃熔窯的火焰溫度，雖然它測溫反應(yīng)速度快壽命長。但是它測出的溫度不穩(wěn)定，溫度誤差也較大。對(duì)習(xí)慣于使用輻射高溫計(jì)的工廠，筆者建議可先安裝一爐頂盲孔熱電偶，將盲孔熱電偶的測量溫度數(shù)值與輻射高溫計(jì)測量的數(shù)值參考對(duì)比來控制玻璃窯爐。以后逐步過渡到以熱電偶數(shù)據(jù)為主控制玻璃熔窯。
④由于熱電偶長期在高溫下工作，熱電偶偶絲會(huì)老化溫度漂移以及導(dǎo)線接線端子的松動(dòng)造成電阻值的變化等原因，其測量數(shù)值有時(shí)會(huì)有一定的誤差。因此玻璃熔窯操作工除了在控制室內(nèi)觀看儀表外，還須定時(shí)要到玻璃熔窯現(xiàn)場觀看窯爐的燃燒情況并用手提儀器測量窯爐內(nèi)的溫度。有一位窯爐專家說得好：任何儀器儀表都比不上操作工人的眼睛，它是最真實(shí)的。這話說得中肯。
玻璃熔窯爐頂熱電偶是玻璃窯爐的重要測溫元件，其測溫的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性對(duì)提高玻璃液的質(zhì)量是非常重要的。不論是儀表控制爐溫還是計(jì)算機(jī)控制。準(zhǔn)確可靠地測量出爐內(nèi)溫度這是第一位的。據(jù)法國一專業(yè)熱電偶生產(chǎn)公司介紹，他們專門為玻璃熔窯爐頂設(shè)計(jì)出一款長壽命高精度的玻璃熔窯爐頂熱電偶，其精度一年內(nèi)在1580℃高溫下它的溫度漂移<3℃(No drift)。由此可見國內(nèi)國外專業(yè)人士對(duì)玻璃熔窯爐頂熱電偶的重視，您可到 http://prosperiteweb.com/product/118.html 詳細(xì)了解這種熱電偶。
作者：趙民生，我國玻璃委員會(huì)技術(shù)專家，在玻璃窯爐測溫方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)
