密炼温度及热电偶温度计

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2、热电偶温度计类型
八种国际通用热电偶：
B:铂铑30—铂铑6
R:铂铑13—铂 S:铂铑10—铂 K:镍铬—镍硅 E:镍铬—铜镍 N:镍铬硅—镍硅 J:铁—铜镍
T:铜—铜镍
密炼温度及热电偶温度计
杨 辉 林
2017年11月7日
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一、密炼温度的重要性（示例）
Blustein：“所谓理想的混炼温度，就是不产生滑移现象的临界摩擦系 数范围内的较低的温度区域。” 我的理解：在保证混炼质量的前提下，如果不考虑生产效率，混炼温度/ 排胶温度应尽可能低。 1、终炼胶密炼温度过高 焦烧趋势 105℃以上，IS迅速转化为S8，喷霜 混炼温度过高，硫黄容易结团 与母炼相比，由于其转速较低，胶料在混炼过程中温度变化幅度较小， 热电偶显示温度与实际温度差值较小且相对准确，热电偶温度计使用寿命长。 所以下文重点讨论母炼胶热电偶温度计。
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3、安全隐患 一旦生产过程中检测胶料温度的热电偶或热电偶线路发生问题，就会造 成胶料温升过高，而橡胶又属于低燃点易燃物品，温升过高的胶料一旦 遇到空气就会立即燃烧，且不易被扑灭，如果引起火灾将会损失惨重。 某公司炼胶车间发生过火险：2010年2月25日F4线密炼机扎胶时，由 于卸料门处热电偶线磨破短路，造成胶料实际温升过高，而执行排胶的密 炼机控制程序和上辅机控制程序只接收到60℃的虚假温度，当班F4线机台 操作人员也没有注意观察温度变化，在上顶栓提升后，密炼室内进入大量 氧气，与达到燃点的胶料接触后发生明火燃烧，火险发生后，虽然经过相 关人员及时扑救，仍然不可避免的烧损了部分机体和控制线路。同样在此 之前2009年10月27日F7线密炼机组也是发生了类似的热电偶短路故障，操 作人员虽然及时发现，由于其经验不足，匆忙将卸料门打开排下胶料，胶 料在接触氧气后迅速燃烧。 紧急排胶条件的设置；PLC控制方法完善 4、影响排胶温度的主要因素：转子速度、上顶栓压力、混炼时间、冷却 温度、转子构型、混炼室结构等；环境温度也有较大影响
问题：热电偶的测量误差导致更换不同热电偶（甚至包括热电偶在使用的不同时段）、不同 胶料均需要标定。 解释：利用有限元法分析，可得出混炼室的温度场分布呈抛物线分布：在混炼初期，温度变 化缓慢；混炼中期温度上升较快；而在混炼后期，温度上升最快，几乎呈线性增加。热电偶 存在响应时间，从而导致测量误差。 另外，在不同的热交换条件下，热电偶的响应时间不一样，例如：不同胶料的温度场不 一样，同一热电偶因需要动态响应，对应不同胶料相同的温度，热电偶显示的温度也不一样， 即也产生（不同的）测量误差。 同时，热电偶温度计插入的深度也会影响测量误差。
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2、 母炼胶温度
混炼温度高有利于生胶的塑性流动和变形，有利于混合吃粉，但不利于配合剂粒子的 破碎与分散混合。混炼温度过高还会加速橡胶的热氧老化，使硫化胶的物理机械性能下降， 同时，还会促使橡胶和炭黑之间产生过多的化学结合作用而生成过多的凝胶，使胶料可塑 度下降，胶料表面粗糙，造成压延、压出加工困难。温度太低会出现胶料压散现象。 密炼温度过低，未超过原材料的软化点或凝固点，分散效果差；打滑（在转子表面滑 移）；冷凝胶 密炼温度过高，NR配方容易过炼，生胶分子链破坏较大，物理机械性能下降较多（NR 生胶的玻璃化温度为-72℃，胶流温度130℃，开始分解温度为200℃，激烈分解温度为 270℃）；凝胶，甚至碳化 含间苯二酚胶料温度过高，间苯二酚升华，产生刺激性气味，胶料与骨架材料粘合性 能变差 含BIIR胶料，温度过高，发生溴化反应 含BR胶料，禁止在180℃以上混炼，否则破坏其结晶，降低物性。 母炼胶多段混炼，虽然改善了分散和分布（均匀性），但物理断链和（高温下）化学 断链增加，胶料强度等性能下降：导致产生了低温一次混炼 白炭黑胶料硅烷化反应的充分性：某段温度的长时间的保持要求导致产生了可变啮合 间隙式（VIC）密炼机和串联式密炼机。另外，一般认为，白炭黑的硅烷化最佳反应温 度为145-155℃，超过160℃硅烷偶联剂国析出的游离硫会与橡胶发生反应，这是人们所 不希望的。
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4、测温技术发展 文献报导：人们对精确指示温度的 方法的探索从来未停止过。经常把密炼 机用作反应器、或混炼过程中某一组分 需达到一个精确的温度时更是迫切要求 精确地测量温度。现在红外温度测量装 置的应用已获得成功(图6)。 就密炼机 的常用功能及所处的环境而论，取得这 一进展决不是件易事。仪器必须坚固耐 用，而且要防振、耐磨耗和耐化学腐蚀。 红外温度测量仪显示准确，广泛适应于 各种胶料的混炼(图6)。 不过，目前在国内未见批量使用。
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3、热电偶测量误差 任何温度传感器（热电偶温度计）都不可能立刻而非常逼真地响应被 测（胶料）温度的变化，原因是传感器具有一定的质量和容量，它对温度 的响应速率与传感器本身的特性和所测对象（胶料）的物理特性有关。 响应时间: 接触法测温的基本原理是利用测温元件要与被测对象 （胶料）之间的热交换，最后达到热平衡，通过测温元件本身的温度反映 被测对象（胶料）的温度。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两 者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热 响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。 对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒 钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟 不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生 测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外，热 电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小（但同 等条件下可能导致使用寿命越短），其热响应时间越短。 同等条件下，保护套管越厚，使用寿命越长，但动态响应越慢，温度 准确性越差。
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（混炼室）起始温度的影响
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三、热电偶温度计
1、热电偶的工作原理
看一个实验——热电偶工作原理演示
热电极A
左端称为：
热电势
热电极B
右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
测量端 （工作端、 热端）
A
B
结论：当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
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二、温度的监控方法（各有利弊）
1、热电偶温度计直接监测 温度计的准确度，特别是灵敏度（热响应时间） 不同胶料热反应历程差异导致同一显示温度下不同胶料的实际温度 不同（升温越快的胶料，温度差异越大）。即换热电偶后，必须标定所 有胶料 热电偶破损或线路异常导致数据失真（如假的高混炼温度导致提前 排胶）；火灾安全隐患 2、根据温度与时间、能量等的相关性，采取时间、能量等单制或联控 优劣如后所述 3、在一楼观察口人工测量排胶温度 不安全；麻烦；测量点及点数的影响 4、测量和标定排胶温度（双锥辊筒挤出后的）胶料挤出温度的关系， 建立数据库，以挤出温度评价排胶温度 双锥冷却效果的影响；不同胶料分别标定；（季节）室温等的影响
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热电偶所产生的 热电势E只和温度有 关，因此，测量热电 势的大小，就可求得 温度T的数值了，这 就是用热电偶测量温 度的工作原理。
来自百度文库
图中的闭合回路称为热电偶，导体A和B称为热电偶的热 电极。热电偶的两个接点中，置于被测介质（温度为T）中的 接点称为工作端或热端，温度为参考温度T0的一端称为参考 端或冷端。 理论和实践都证实，热电现象中产生的热电势是由接触 电势(在两种不同的导体A和B接触时产生的)和温差电势(一根 导体上因两端温度不同而产生)两种电势的综合效果。
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附录：对于时间、温度、能量和功率控制法，有人曾做过比较：混炼过 程中，干扰因素主要有操作时间的变更、原材料性能的波动、密炼机冷却效 率的变化和压陀压力的波动等，而他们对四种控制方法的影响大小比较如下：
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第二节 标准化与非标准化热电偶
常用的热 电偶是由热电 极 ( 热偶丝 ) 、 绝缘材料（绝 缘管）和保护 套管等部分构 成的 。
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附录：温度控制法的影响因素

“首车效应”（First batch effect ）：通俗说成密炼机冷机效应，即开始连续生产时， 密炼机机身温度与已连续生产一段时间后的温度相比，一般都要低。这时冷机生产的混炼 胶门尼粘度要比一般条件下低一些。 密炼机每批混炼起始温度的波动：采用温度控制，排胶温度一定（如155℃），而起 始温度从80℃-110℃之间变化，变化范围有30℃，这时，混炼做功的温升范围从75℃缩小 到45℃，密炼机对胶料做功将减少1/3以上。这时，所生产的混炼胶门尼粘度将大大升高， 炭黑的分散状态也会很差。 环境温度和气温的影响：对要求高质量和质量均一的混炼胶来说，车间环境温度和常 年气温的影响也是很明显的。它通过冷却水、密炼机机身、生胶、上一段母胶等温度影响 混炼的质量。如果冷却水的温度和流速能够调节和设定，那么，车间环境温度和气温的影 响将大大减少，密炼机的温度也将处于可控状态。密炼机机身温度可以通过卸料门打开时 间来调整。而生胶温度的影响，从冬季到夏季的胶温变化将近二十几度，而胶温的变化又 是影响混炼工艺和混炼胶质量波动的重要原因之一。因此应采取措施，稳定胶料温度。 温度控制的抗干扰能力：在全自动混炼工艺的条件下，有投料量超差、投炭黑时间波 动、两车混炼间隔时间长短、上顶栓压力波动、各种温度的波动以及原材料质量的波动等 诸多干扰因素。在温度控制条件下，仅仅设定了投炭黑、投油料和排胶温度时，温度的波 动是影响混炼工艺和胶料质量的主要和常见的干扰因素，而温度控制对这些温度波动的抗 干扰能力是很弱的。 总结：温度控制法有很多优点，全自动条件下采用温度控制，必须将各种温度的变化 都加以控制，否则，生产高质量和质量均一的混炼胶是很难实现的。
密炼机可以统一使用J型热电偶：K型热电偶测温范围为-50～1300℃，而实际 测温范围在200℃以下，不到测量范围的15%；200℃时K型热电偶电势为8.137mV, 而J型热电偶为10.777mV，信号较K型强，因此用J型热电偶更合适。
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