工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價體系及注意

摘要:主要介紹了工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準評價體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法。最后結(jié)合日常檢測工作經(jīng)驗總結(jié)了工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價過程中的有關(guān)注意事項。
溫度計量是實現(xiàn)描述物體冷熱程度的物理量的準確可靠的活動。熱電偶和熱電阻是溫度計量的兩個主要一次儀表，其中熱電偶主要用于高溫計量，是溫度測量主要元件之一。按照國家計量法規(guī)，熱電偶作為溫度計量器件，必須定期檢定。
　　熱電偶的溫度量值傳遞系統(tǒng)最終傳遞到工業(yè)熱電偶，工業(yè)熱電偶是廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科研等部門的重要溫度計量儀器。工業(yè)熱電偶是通過兩種不同導體間在兩端不同溫度下產(chǎn)生熱電勢，再由補償導線傳送到顯示儀表，顯示儀表根據(jù)電勢大小最終顯示出被測溫度。
　　工業(yè)熱電偶的各項技術(shù)指標是否符合相應(yīng)的標準要求，是計量行業(yè)，熱電偶生產(chǎn)廠商以及工業(yè)熱電偶的使用方所關(guān)注的焦點。因為熱電偶的技術(shù)指標高低，直接影響其相應(yīng)的性能，生產(chǎn)效率高低以及所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量優(yōu)劣。因此，對工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準進行評價，是很有必要的。
1工業(yè)熱電偶的分類
工業(yè)熱電偶按照其結(jié)構(gòu)可分為兩類:
1.1普通工業(yè)熱電偶
　　普通工業(yè)熱電偶由接線盒、感溫元件和保護管組成,主要用于測量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。普通工業(yè)熱電偶的計量檢定依據(jù)為JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》。
1.2鎧裝熱電偶
　　鎧裝熱電偶是將熱電極，絕緣材料連同保護套--起拉制成型的。鎧裝熱電偶的校準依據(jù)為:JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準規(guī)范》。
2普通工業(yè)熱電偶的評價項目和評價方法
2.1外觀
　　熱電偶的外觀應(yīng)符合下列要求:
(1)熱電極測量端的焊接應(yīng)光滑、牢固、無氣孔和.夾灰等缺陷，無殘留助焊劑等污物;各部分的裝配正確,連接可靠，零件無損缺;
(2)各部分的裝配正確，連接可靠，零件無損缺;
(3)無斷路、短路;
(4)保護管內(nèi)無殘留污物及金屬廢屑;
(5)在恰當部位正確地表明極性;
(6)外表涂層均勻、牢固;
(7)無顯著銹蝕和凹痕、劃痕。.
　　熱電偶的外觀檢查通過目測和千分尺等來完成。
2.2允差
　　熱電偶的允差應(yīng)符合GB/T16839.2-1997的規(guī)定。對于貴金屬工業(yè)熱電偶的允差檢測前，應(yīng)先進行清洗和退火。具體步驟應(yīng)參考JJG141-2013中的相關(guān)內(nèi)容進行。經(jīng)清洗后若外觀仍有發(fā)黑、腐蝕斑點和明顯的粗細不均勻等缺陷時，作不合格處理。
2.3熱響應(yīng)時間
　　熱電偶的熱響應(yīng)時間應(yīng)符合制造廠在使用說明書上提供的數(shù)據(jù)。
影響熱電偶響應(yīng)時間的因素有:
(1)熱電偶的結(jié)構(gòu)、尺寸。熱電極、保護管的直徑愈粗惰性也愈大。這樣熱電偶達到穩(wěn)定的時間就愈長，即響應(yīng)時間長。
(2)材料不同，導熱性能也不同。如金屬保護管比瓷保護管導熱好,熱惰性小，熱電偶達到穩(wěn)定的時間就短，即響應(yīng)時間短。.
(3)響應(yīng)時間還隨工作狀況的變化而不同，就是說相同結(jié)構(gòu)的熱電偶，在不同的熱交換條件下，其響應(yīng)時間是不同的。
2.4常溫絕緣電阻
2.5.上限溫度絕緣電阻
2.6熱電動勢穩(wěn)定性
　　熱電偶(允差等級為3級的T，E,K,N型除外)應(yīng)置于制造廠規(guī)定的上限溫度維持250h,試驗前后最高檢驗溫度點熱電動勢的變化量(換算成溫度的變化量)應(yīng)不超過JB/T9238-1999《工業(yè)熱電偶技術(shù)條件》)的規(guī)定。
2.7運輸基本環(huán)境條件
　　熱電偶應(yīng)能經(jīng)受JB/T9329-1999規(guī)定的碰撞和自由跌落試驗。
2.8標志及使用說明書
　　熱電偶的銘牌或出廠合格證明書上應(yīng)注明的信息有:型號;規(guī)格:分度號;適用溫度范圍;允差等級;保護管材料;商標或制造廠名和出廠日期。
　　使用說明書中應(yīng)提供的信息有:分度表熱響應(yīng)時間;適用環(huán)境;一般適用方法和特殊的技術(shù)條件。
　　工業(yè)熱電偶的8個評價項目中，除允差項目需將熱電極組件從保護管中去除后檢測，其他7項均需帶保護管進行檢測。
3鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法
3.1尺寸.
　　鎧裝熱電偶測量端起在5倍于外徑的長度內(nèi)，熱電偶的外徑允差應(yīng)符合GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的規(guī)定。
3.2熱電動勢
　　熱電動勢項目是評價鎧裝熱電偶性能的最重要項目。鎧裝熱電偶的熱電動勢應(yīng)符合GB/T16839.1-1997和CB/T16839.2-1997的規(guī)定。
3.3絕緣電阻
　　由于鎧裝熱電偶絕緣材料采用氧化鎂、氧化鋁等，這些材料都有吸濕性(尤其氧化鎂吸濕性大)，吸水后會引起絕緣電阻降低，電阻值低，絕緣不好，將會短路,使熱電勢產(chǎn)生分流現(xiàn)象，引起測量誤差，甚至無法測量(示值波動大)。
　　通過對絕緣型鎧裝偶常溫絕緣電阻的測量，可判斷鎧裝偶的質(zhì)量，相同長度的鎧裝偶直徑越小電阻越大,直徑越大電阻越小。
　　鎧裝熱電偶的絕緣電阻應(yīng)在偶絲與套管之間進行測量。對于絕緣型鎧裝偶有一對熱電極的，測量熱電極與套管之間的常溫絕緣電阻，如果有一對以上熱電極的，不僅測量熱電極與套管之間，還要測量每對熱電極之間的常溫絕緣電阻。
　　在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測量時,樣品長度、試驗溫度和絕緣電阻值應(yīng)滿足GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的要求，環(huán)境的相對濕度不大于80%。.
3.4電連續(xù)性
　　對于絕緣型的鎧裝偶應(yīng)對其進行電連續(xù)性的非定量檢驗。
3.5極性
　　鎧裝偶的每個熱電極應(yīng)按照IEC60584-3第二部分中的規(guī)定標明極性。
3.6焊接封頭密封性
　　對于絕緣型熱電偶采用水淬試驗，其他類型鎧裝偶采用氮氣壓力試驗或液氮試驗來確認鎧裝偶的焊接封頭密封性。
3.7標志
　　每只鎧裝偶應(yīng)有標簽或標志，應(yīng)標志生產(chǎn)廠家或供應(yīng)商的名稱及以下內(nèi)同:標稱外徑;標稱長度;熱電偶型號;套管類型和允差等級。
4工業(yè)熱電偶的評價過程中應(yīng)注意的問題
4.1鎧裝熱電偶常溫絕緣電阻的測量
　　測量鎧裝熱電偶的常溫絕緣電阻時，應(yīng)根據(jù)鎧裝偶的直徑選擇不同的絕緣電阻測量儀器。
4.2鎧裝熱電偶熱電勢檢測溫度點的確定
　　鎧裝熱電偶熱電勢項目的檢測溫度點的選擇，可根據(jù)鎧裝偶的直徑選擇校準溫度點，原則上應(yīng)選擇不少于3個溫度點。
4.3工業(yè)熱電偶參考端的連接方式
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時，要使熱電偶參考端為0℃。目前國內(nèi)有些部門使用熱電偶自動檢測系統(tǒng)。為了操作方便，熱電偶參考端補償，使用鉑電阻、銅電阻等測量環(huán)境溫度，補正熱電勢，給測量結(jié)果帶來誤差。
主要原因有兩點:
(1)如果熱電偶參考端不為0℃,其參考端溫度和其靠近的環(huán)境溫度是有區(qū)別的，特別是校準粗短的熱電偶，由于熱電極熱傳導的影響，末端的溫度要高于鄰近
的溫度。這樣使用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測量環(huán)境溫度，只反映環(huán)境溫度的變化，不能真正地反映熱電偶參考端(熱電極末端)溫度的變化(標.準溫度計或溫度傳感器放置位置的遠、近也會帶來不同程度的誤差)。
(2)用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測量熱電偶參考端溫度，將測得的環(huán)境溫度用分度表的值進行換算，得到一個計算的補正熱電勢，對熱電偶進行熱電勢補正。但是每支熱電偶(接同--型號補償導線)有各自的熱電特性。在此環(huán)境溫度下，熱電偶參考端熱電勢與計算(標準化)的熱電勢是不同的。所以，對熱電偶進行模式化的補正，不能真實地反映被校熱電偶的熱電特性。
　　上述熱電偶參考端的測量和熱電勢補正的方法，都會給校準結(jié)果帶來誤差(能達到1℃)。所以，熱電偶參.考端應(yīng)為0℃。如果參考端插人冰點恒溫器較困難，要采用加修正值的補償導線作為連線(補償導線兩極組成的熱電偶，其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同，能消除熱電偶參:考端溫度變化的影響)，使熱電偶參考端遠離熱源，再使信號輸出端為0℃。
4.4補償導線的連接
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時，若使用補償導線,切勿將其極性接反，否則測量結(jié)果會因此產(chǎn)生兩倍環(huán)境溫度的電勢值的誤差。
4.5恒溫時間
　　鎧裝熱電偶熱電勢項目檢測時，使用管式爐內(nèi)加裝均溫塊進行檢測，達到設(shè)定溫度后，恒溫至達到熱平衡。較粗的鎧裝偶恒溫時間要長-些,有可能標準器穩(wěn)定了，但被校鎧裝偶示值還在波動。
　　檢測時，若發(fā)現(xiàn)某一根鎧裝熱電偶電纜或幾根電纜的熱電勢極不穩(wěn)定,甚至可以看到數(shù)字多用表上的0.1mV數(shù)位都漂浮不定，導致無法讀取數(shù)據(jù)。這種情況應(yīng)終止檢測工作，將其中一根熱電勢波動很大的鎧裝熱電偶電纜單獨進行檢測，若檢測結(jié)果正常則是由于電纜的圈數(shù)多，升溫過程中電磁感應(yīng)造成的;若仍然波動很大，則應(yīng)根據(jù)以上現(xiàn)象和鎧裝熱電偶電纜生產(chǎn)工藝特點綜合分析，查找原因。
4.6補償導線修正值的使用
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時，如果接補償導線，數(shù)據(jù)計算時，注意加修正值。
4.7新制鎧裝熱電偶，檢測前不進行退火
　　在鎧裝熱電偶的相關(guān)標準中，規(guī)定新制鎧裝偶退火后再進行示值的校準。針對這個問題，選取了不同型號鎧裝偶，在不同的校準溫度點進行了退火前、后(一次、二次退火)示值的大量試驗，無論是第一-次退火還是第二次退火的示值與退火前的示值比較，最大相差約是允差的十分之--。通過試驗結(jié)果表明，如果偶絲材料出廠前能充分的退火,新制鎧裝偶退火與否對校準結(jié)果影響很小。所以，新制鎧裝熱電偶可略去檢測前退火的工作。
5結(jié)語
　　主要介紹了工業(yè)熱電偶的分類;工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準評價體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評價項目和評價方法。最后結(jié)合日常檢測工作經(jīng)驗總結(jié)了工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價過程中的有關(guān)注意事項，對工業(yè)熱電偶檢測以及工業(yè)熱電偶行業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提高具有重要意義。