열전지는 공업에서 흔히 사용하는 온도측정소자로서 그 고장은 온도측정편차 심지어 실효를 직접 초래할수 있으며 흔히 볼수 있는 고장류형은"소자 자체손상","신호전송이상","환경교란영향"의 3대 차원으로 구분할수 있으며 매개 고장은 모두 명확한 표현특징과 유인이 있는데 구체적으로 다음과 같다.
1. 열전지 소자 자체의 고장 (핵심 고장 유형)
열전지의 핵심은"서로 다른 재질의 두 전극사"로서 그 재질의 완전성, 용접품질은 측정성능을 직접 결정하며 흔히 볼수 있는 고장은 다음과 같다.
1.열전극사 단사(가장 흔한 고장)
표현 특징:
측정값이"무궁대"로 건너뜁니다 (예:"OL"또는"Err"와 같은 계기 오류가 표시됨). 또는 측정값이 실제 온도보다 훨씬 낮습니다 (사가 끊어진 후 일부 전극사만 남아 완전한 열전세 회로를 형성할 수 없음).
일반적인 원인:
고온노화: 장기간 전극사의 정격온도에 접근하거나 초과하는 환경에서 작업 (예를 들면 K형 열전지는 장기간 1200 ℃ 를 초과하여 사용), 실재는 고온의 산화, 아삭아삭함으로 인해 끊어진다;
기계진동: 펌프, 압축기 등 진동설비에 설치할 때 전극사는 반복응력작용의 피로로 끊어진다 (특히 완충고정을 하지 않은 열전쌍).
부식 손상: 강산, 강알칼리, 황화물 등 부식성 매체에서 (예를 들어 화학반응솥) 전극사는 부식되어 얇아지고 최종적으로 끊어진다 (예를 들어 J형 열전기는 우연히 H₂S를 만나면"황삭"이 발생하기 쉽다).
일반적인 시나리오:
정유공장 가열로의 K형 열전지는 장기간 900~1100 ℃ 의 고온에 처해있고 로강의 진동의 영향을 받아 사용후 1~2년이 지난후 흔히 열단단사가 나타난다.
2. 열단(측정단) 용접 불량
표현 특징:
측정값의 파동이 크거나 (열전세가 불안정함) 측정값이 낮거나 (용접점의 접촉저항이 너무 크고 열전세가 손실됨) 엄중할 경우 출력신호가 없다.
일반적인 원인:
용접 공정 결함: 열단 용접 시 용접되지 않은 (허용접), 기공 또는 찌꺼기가 존재하여 전극사와 용접점의 접촉 불량을 초래한다;
고온 산화: 용접점 재질 (예: 용접 주석, 은 용접재) 이 고온에서 산화하여 산화층을 형성하고 접촉 저항을 증가시킨다;
기계적 충돌: 설치하거나 유지 보수할 때 실수로 열단을 건드려 용접점이 떨어지거나 갈라집니다.
일반적인 시나리오:
실험실용 T형 열전지와 같이 수동으로 용접하는 열전지는 용접할 때 온도가 부족하면 용접이 쉽게 나타나며 측정할 때 데이터가 경미한 진동에 따라 파동한다.
3. 전극사 부식 또는 오염
표현 특징:
측정 정밀도가 떨어지거나 (열전세 표류), 장기간 사용한 후 측정값이 점차 낮거나 불규칙한 파동이 나타난다.
일반적인 원인:
매체 부식: 열전지 보호관이 파손된 후 부식성 매체 (예: 염산, 질산, 용융염) 가 전극사에 직접 접촉하여 실크 재료가 부식된다 (예: E형 열전지는 부식 방지 능력이 약하고 산성 매체의 침식에 취약하다).
고온 오염: 탄소, 유황을 함유한 고온 환경 (예를 들어 보일러 용광로) 에서 전극사 표면에 탄흑, 유화물이 부착되어 열전세의 정상적인 발생에 영향을 미친다;
산화 실효: 고온 산화성 환경에서 전극사 표면에 산화층이 형성된다 (예를 들어 K형 열전지의 니켈크롬사는 산화 후 Cr₂O를 생성하여 전자 전도를 방해한다).
일반적인 시나리오:
화학공업기업의 산성반응솥에서 만약 열전극보호관이 충돌로 균열이 생기면 염산매체가 침투한후 E형열전극사의 전극사를 부식시켜 1~3개월내에 측정편차가 나타난다.
4.열전쌍"노화"실효
표현 특징:
열전세가 점차 낮아지고 측정치가 장기적으로 완만하고 낮으며 교정후 단시일내에 다시 표류하여 정밀도를 회복할수 없다.
일반적인 원인:
장기 고온 시효: 전극사는 고온에서 결정 구조 변화 (예를 들면 결정 입자가 자라고 원소가 확산됨) 가 발생하여 열전 특성이 원시 기준에서 벗어나게 된다 (예를 들면 S형 열전극은 장기간 1400 ℃ 를 초과하여 사용되고 백금 로듐과 백금사의 성분 확산이 심해진다).
환경 영향: 수소, 일산화탄소가 함유된 환경에서 전극사 재질은"독화"(예를 들어 수소가 백금사에 침투하여 열전기 성능을 변화시킨다);
설계 수명 초과: 열전지는 정격 사용 수명 (예: K형 열전지는 800 ℃ 에서 약 2000시간 수명) 이 있으며, 초과 후 열전지 특성은 필연적으로 감쇠한다.
일반적인 시나리오:
세라믹 가마에 사용되는 S형(백금 로듐 10-백금) 열전지는 장기간 1500℃의 고온에서 작업하다가 2~3년 후 백금 로듐의 노화로 실제 온도보다 측정치가 50~100℃ 낮다.
2. 신호 전송 회로의 고장
열전대의 신호 (열전세) 는 보상도선, 접선단자 등을 통해 표시계기에 전송해야 하며 전송회로의 문제는 신호손실이나 중단을 초래할수 있으며 흔히 볼수 있는 고장은 다음과 같다.
1. 컨덕터 선택 오류 또는 잘못된 연결 보상
표현 특징:
측정 값의 편차가 크며 (일반적으로 낮거나 높은 고정 값) 주변 온도에 따라 편차가 변화합니다 (예: 주변 온도가 높아지면 편차가 증가).
일반적인 원인:
모델 불일치: K형 열전쌍에 E형 보상도선을 배합하는 것과 같은 잘못된 보상도선 재질이나 양음극 이음매 (보상도선의"+"-"와 열전쌍의"+"-"를 이음매하여 역방향 열전세를 발생시키고 일부 신호를 상쇄한다).
규격이 일치하지 않는다: 보상 도선의 단면적이 너무 작다 (예를 들어 0.5mm² 도선으로 100미터 이상의 신호를 전송한다). 이로 인해 선로의 저항이 너무 크고 열전세가 손실된다;
비보상 도선 대체: 일반 구리 도선으로 보상 도선을 대체하는데, 일반 도선은 열전지 전극사 재질과 다르기 때문에 환경 온도 변화 시 추가 열전세가 발생하여 오차를 도입한다.
일반적인 시나리오:
작업장 K형 열전지의 보상도선은 구매착오로 구리도선으로 대체되였는데 환경온도가 20 ℃ 에서 40 ℃ 로 상승할 때 측정치가 실제온도보다 15~20 ℃ 낮다.
2. 접선 단자 접촉 불량 또는 산화
표현 특징:
온도가 ± 5 ℃ 내에서 반복적으로 뛰는 것처럼 측정 값의 변동이 크거나 진동 후 갑자기 점프하여 케이블을 다시 플러그한 후 일시적으로 회복됩니다.
일반적인 원인:
단자가 느슨하다: 접선할 때 나사가 조이지 않았거나 장기간 진동하여 나사가 느슨해지고 접선단자와 도선의 접촉저항이 증가한다.
산화녹식: 접선 단자가 습하고 먼지가 많은 환경 (예를 들어 식품 가공 작업장, 오수 처리 공장) 에서 산화하여 산화층 (예를 들어 구리 단자 산화 생성 CuO) 을 형성하여 전류 전도를 방해한다;
기름때 오염: 단자 표면에 기름때, 먼지가 부착되어 접촉 저항을 증가시켜 신호 전송이 불안정하다.
일반적인 시나리오:
오수처리장의 온도제어궤에서 열전대접선단자는 습도로 인해 산화되였고 측정치는 실제온도 30 ℃ 좌우에서 파동하였으며 범위는 25-35 ℃ 에 달하였다.
3. 보호관 파손 또는 막힘
표현 특징:
측정 값 응답이 느리거나 (온도 변화 후 계기 표시 지연이 뚜렷함) 측정 값 이상 (예: 갑자기 높아진 후 급강하), 심할 경우 전극사 부식 고장이 수반된다.
일반적인 원인:
기계 충돌: 설치, 유지 보수 시 충돌 보호관 (예를 들어 금속 보호관이 공구에 부딪혀 변형되고 도자기 보호관이 깨짐);
고온 브러시: 고온 고속 유체 중 (예를 들어 보일러 과열기 파이프) 에서 보호관은 매체에 의해 장기간 브러시되어 얇아지고 최종적으로 파손된다;
결석 막기: 불순물이 함유되어 있고 결석이 잘 되는 매체 (예: 냉각수 시스템) 에서 관 내벽의 결석 (예: 탄산칼슘 결석) 을 보호하고 열 전달을 방해하여 측정이 지연된다.
일반적인 시나리오:
발전소 보일러의 열전지 보호관은 고온의 증기가 장기간 씻겨 3년 동안 사용한 후 균열이 생겨 증기가 스며든 후 전극사가 부식되어 측정치가 실제 400 ℃ 에서 200 ℃ 로 뚝 떨어졌다.