短型貴金屬熱電偶檢定方法的探究

摘要:簡(jiǎn)述現(xiàn)行短型貴金屬熱電偶的檢定方法。經(jīng)過理論分析并結(jié)合現(xiàn)有檢定設(shè)備狀況,采用加接補(bǔ)償導(dǎo)線的方法對(duì)短型貴金屬熱電偶進(jìn)行檢定,并論述了該方法的原理。
1前言
　　熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成,和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。
1.1工作原理
　　貴金屬熱電偶(以下簡(jiǎn)稱熱電偶)是由兩種不同的貴金屬導(dǎo)體基于塞貝克效應(yīng)制成的熱電溫度計(jì)。兩種不同的貴金屬導(dǎo)體稱為熱電偶的兩個(gè)電極，通常兩個(gè)電極的一端焊接在一起形成一個(gè)接點(diǎn),測(cè)溫時(shí)放置于被測(cè)溫場(chǎng)中,另一端測(cè)溫時(shí)要求放于某一恒定溫場(chǎng)中。故焊接端稱為測(cè)量端,另--端稱為參考端"。
1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀描述及相關(guān)論文文獻(xiàn)綜述
　　現(xiàn)在檢定或校準(zhǔn)長(zhǎng)型熱電偶的技術(shù)比較成熟,而對(duì)于短型熱電偶的檢定或校準(zhǔn),還存在不少問題。近年來(lái)，隨著短型熱電偶在航空航天、鋼鐵石油化工等行業(yè)廣泛使用,對(duì)于這類熱電偶的檢定和校準(zhǔn)技術(shù)提出了迫切要求。我國(guó)計(jì)量部門以及一些科研院所針對(duì)短型熱電偶校準(zhǔn)的技術(shù)特點(diǎn)，開展了一些理論和實(shí)踐研.究,取得可喜的研究成果。短型熱電偶的校準(zhǔn)方法根據(jù)校準(zhǔn)所選用的溫度源可分為臥式檢定爐法、干井爐法、小型固定點(diǎn)法和黑體空腔法吧。
(1)臥式檢定爐法。用臥式檢定爐檢定短型熱電偶的原理和方法與長(zhǎng)型熱電偶的檢定方法.相似。相對(duì)而言,這種檢定技術(shù)比較成熟。我國(guó)已有工作用鉑銠10-鉑(鉑銠13-鉑)短型熱電偶檢定規(guī)程[3],適用的測(cè)量溫度范圍為(300~1300)℃,長(zhǎng)度為(200~700)mm。
(2)干井爐法。對(duì)于長(zhǎng)度小于200mm的短型熱電偶,國(guó)內(nèi)還沒有定型的檢定技術(shù),缺乏可靠的檢定裝置。只有個(gè)別單位試用干井爐檢定K型航空發(fā)動(dòng)機(jī)專用短型熱電偶，取得了令人滿意的結(jié)果。此方法是一種具有很好應(yīng)用前景的校準(zhǔn)技術(shù)，關(guān)鍵是要有一臺(tái)滿足技術(shù)指標(biāo)要求的干井爐。
(3)小型固定點(diǎn)法。美國(guó)福祿克公司研制了新一代小型固定點(diǎn)裝置[4],不僅可以采用凝固技術(shù)復(fù)現(xiàn)固定點(diǎn)，也可以采用熔化技術(shù)復(fù)現(xiàn)固定點(diǎn)。此裝置可用于校準(zhǔn)各種短型熱電偶,不需要標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。
(4)黑體空腔法。此法已應(yīng)用于長(zhǎng)型高溫?zé)犭娕嫉臋z定，在中低溫范圍用黑體空腔校準(zhǔn)短型熱電偶。其標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)采用輻射溫度計(jì)而不用熱電偶，避免了標(biāo)準(zhǔn)熱電偶插人深度對(duì)校準(zhǔn)精度的影響。
1.3項(xiàng)目現(xiàn)狀描述及意義說明
　　工作用熱電偶一般分為廉金屬熱電偶和貴金屬熱電偶，現(xiàn)在無(wú)法檢定的短型熱電偶主要為鉑銠10-鉑(S型)的貴金屬熱電偶。這些熱電偶的長(zhǎng)度為230mm左右,主要集中在化驗(yàn)室的設(shè)備上。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。在熱電偶系列中具有精度最高,穩(wěn)定性最好,測(cè)溫溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它的物理、化學(xué)性能良好,熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中。
　　根據(jù)現(xiàn)有檢定方法及檢定室現(xiàn)有設(shè)備,僅能采取臥式檢定爐法進(jìn)行校準(zhǔn)工作。可通過合理利用設(shè)備及校準(zhǔn)方法的適當(dāng)改進(jìn)開展此項(xiàng)工作。開展此項(xiàng)目檢定后,能夠保證各化驗(yàn)室所使用的貴金屬熱電偶檢定結(jié)果的正確性和可靠性,大大縮短檢定時(shí)間,節(jié)約檢定成本,方法簡(jiǎn)便實(shí)用,滿足工作需要。
2試驗(yàn)材料和試驗(yàn)方法
2.1試驗(yàn)材料
以鉑銠10-鉑(S)熱電偶為試驗(yàn)對(duì)象。.
2.2試驗(yàn)設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)器
2.2.1熱電偶退火裝置
2.2.2臥式熱電偶檢定爐(L=:300mm)
2.2.3熱電偶檢定裝置
2.2.41等、2等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10-鉑熱電偶
2.3試驗(yàn)步驟及方法
2.3.1試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作
(1)短型S偶的清洗
　　將熱電偶卷成圓圈，放人30%~50%化學(xué)純的鹽酸溶液中煮沸15min,取出后用蒸餾水煮沸數(shù)次，直至清除酸性。
(2)短型S偶的退火
　　將清洗后的熱電偶懸掛在退火裝置內(nèi)的電極鉤上,通人10.5A的電流,退火Ih,退火時(shí)兩電極夾角應(yīng)在30°左右。
(3)捆扎
用鉑絲將標(biāo)準(zhǔn)和被檢熱電偶捆扎成束,使被檢和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的測(cè)量端處于同一垂直平面。
(4)裝爐
　　將捆扎好的熱電偶束置于臥式熱電偶檢定爐中心,測(cè)量端應(yīng)處于檢定爐均勻溫場(chǎng)的中心。
2.3.2示值校準(zhǔn)
　　采用雙極比較法。將長(zhǎng)度為1000mm的II級(jí)S型熱電偶在上--級(jí)計(jì)量檢定單位出具的證書值作為此次試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)，然后將其截取至230mm左右作為被校熱電偶。將其參考端與延長(zhǎng)用的同一類型的偶絲一端平行重疊，重疊部分約10mm,連接在--起用銅絲扎緊,熱電偶的參考端與測(cè)量導(dǎo)線一端應(yīng)有良好接觸。連接完畢后進(jìn)行示值的再次測(cè)量，每支測(cè)量次數(shù)應(yīng)不少于2次。為保證數(shù)據(jù)的可參考性,共進(jìn)行了重復(fù)3組測(cè)量,測(cè)量數(shù)據(jù)見表1。
 
 
3試驗(yàn)結(jié)果
　　(0~600)℃時(shí)熱電偶的允許誤差為±1.5℃;(600~1600)℃時(shí)熱電偶的允許誤差為±0.25℃。在檢定點(diǎn)660.323℃和1084.62℃時(shí)的允許誤差為1.6℃和2.7℃,三次測(cè)量結(jié)果均在允許誤差范圍內(nèi)。
4試驗(yàn)結(jié)果分析
(1)由于熱電偶本身長(zhǎng)度較短，在裝人管式檢定爐后,其參考端距爐口較近,雖然用高鋁棉封口,但爐內(nèi)熱量仍有散出,通過對(duì)流的方式,勢(shì)必使參考端溫度升高。并且熱量還可通過偶絲以熱傳導(dǎo)的方式進(jìn)行，也加劇了熱電偶參考端的溫升。使用的一等標(biāo)準(zhǔn)電偶證書值及熱電偶分度表都是在參考端為0℃時(shí)給出的,檢定時(shí),如果參考端溫度未處于0℃，必須進(jìn)行參考端溫度修正,參考端溫度變化勢(shì)必影響測(cè)量結(jié)果。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線的選取。進(jìn)行短型貴金屬熱電偶的檢定時(shí),要選用同一型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線,并注意極性相符以。補(bǔ)償導(dǎo)線與被檢熱電偶的長(zhǎng)度之和要在700mm以上。由它們來(lái)做熱電偶的延伸線,這就意味著將熱電偶進(jìn)行了加長(zhǎng)處理,且不致影響熱電偶的輸出熱電動(dòng)勢(shì)值。
(3)在檢定過程中，應(yīng)避免檢定室內(nèi)溫度波動(dòng)而對(duì)參考端的溫度值采集產(chǎn)生影響。
(4)熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線要連接充分，如接觸不良一定會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的不正確。
5結(jié)論
　　通過以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，帶補(bǔ)償導(dǎo)線檢定熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線與被檢偶的接點(diǎn)溫度對(duì)檢定結(jié)果有--定的影響，但s偶未截?cái)嗲昂徒財(cái)嗪蠹咏友a(bǔ)償導(dǎo)線所測(cè)得的熱電偶示值誤差均在允許誤差范圍內(nèi)，因此加接補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行短型貴金屬熱電偶檢定在目前現(xiàn)有設(shè)備的條件下是可以進(jìn)行的。