對熱電偶溫度計量誤差與修正方法的分析

摘要:根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)所得出正確安裝和合用熱電偶溫度計是一個重要問題,所以闡述了熱電偶的不穩(wěn)定性、不均勻性、參考端溫度變化以及熱電偶安裝使用不當(dāng)所引起的測量誤差和修正方法。
　　工業(yè)上測量溫度用的感溫元件種類繁多,熱電偶是其中應(yīng)用最廣泛一種。由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測溫范圍廣和價格相對便宜等優(yōu)點(diǎn),所以在溫度測量中廣泛應(yīng)用。在實(shí)際工作中,我們利用熱電偶作為感溫元件,當(dāng)其工作端與參考端有溫差時,熱電偶將產(chǎn)生熱電勢,通過與測量電勢的二次測溫儀表配合使用,則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測溫。由于熱電偶自身存在眾多影響其測量結(jié)果的因素,要得到正確測量結(jié)果,就必須對熱電偶性能及使用方法有一個正確的了解。
1影響熱電偶測量精度因素及清除方法
1.1熱電偶熱電特性不穩(wěn)定所引起的誤差及消除方法
　　熱電偶使用過一定時間后,其熱電特性將會發(fā)生變化,如果變化顯著,則利用此熱電偶測出的溫度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離真實(shí)溫度。影響熱電偶穩(wěn)定性的主要因素有:(1)環(huán)境對熱電偶電極的玷污和腐蝕;(2)熱電極受外力作用而產(chǎn)生的變形所引起的形變應(yīng)力;(3)熱電極在高溫下晶粒長大;(4)熱電極在使用中發(fā)生氧化等。
1.2玷污與應(yīng)力的影響及消除方法
　　熱電偶在生產(chǎn)過程中,偶然經(jīng)過多道縮徑拉伸,不可避免存在應(yīng)力及晶格不均勻性,可以通過退火的方法來基本消除,退火不合格所造成的誤差,可達(dá)十分之幾度到幾度。它與待測溫度及熱電偶電極上的溫度梯度大小有關(guān)。廉金屬熱電偶的偶絲通常以“退火”狀態(tài)交付使用,退火溫度應(yīng)高于其使用溫度上限,插人深度也慶大于實(shí)際使用的深度。貴金屬熱電偶則必須認(rèn)真清洗(酸洗和四硼酸鈉清洗)和退火,以清除熱電偶的玷污與應(yīng)力。
1.3不均勻性的影響
　　熱電偶的均勻性是指熱電偶熱電極材料的均勻程度。熱電偶兩熱電極若是均勻的,則熱電偶回路的熱電勢只與兩端溫度差有關(guān),而與沿?zé)犭姌O長度的溫度梯度無關(guān),若兩熱電極材料不均勻,熱電偶回路就會產(chǎn)生一個附加熱電勢。從而降低了測溫的正確性,產(chǎn)生測量誤差。
1.4減少熱電偶不穩(wěn)定性所帶來的誤差方法
　　熱電偶在測溫過程中。由于受到測量環(huán)境、氣氛、使用溫度以及保護(hù)管材料的玷污等影響,使用一段時間后，其熱電特性將會發(fā)生變化，尤其是在高溫、腐蝕性氣氛中。這時經(jīng)常進(jìn)行監(jiān)督性校驗(yàn)，或根據(jù)實(shí)際使用情況安排周期檢定.則可減少不穩(wěn)定性引人的誤差。
2參考端溫度變化所引起的誤差及修正方法
　　熱電偶只有在參考端保持0它時產(chǎn)生的熱電勢才能直接反映工作端溫度。在實(shí)際使用熱電偶時其冷端溫度(參考端)不但不為0℃而且往往是變化的測溫儀表所測得的溫度值就會產(chǎn)生很大誤差，在這種情況下，我們通常采用如下方法來修正。.
2.1補(bǔ)償導(dǎo)線
　　采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的參考端延長到溫度較恒定的地方.再進(jìn)行修正。其原理.如圖1所示。
 
　　此時參考端已變?yōu)橐粋€溫度不變或變化很小的新參考端。則熱電偶產(chǎn)生的熱電勢為:
 
　　此時的熱電偶產(chǎn)生熱電勢已不受原參考端溫度變化影響，E_AB(T₀¹T₀)，是新參考端溫度T₀¹(≠0℃),且T₀¹為一常數(shù)時所測得熱電勢,E_AB(T₀¹T₀)是參考端溫度T₀=0℃,工作端為T₀¹時所測得熱電勢(熱電偶分度表中可查出)。
2.2參考端溫度補(bǔ)償器
　　其工作原理如圖2所示。
 
　　補(bǔ)償器是一個不平衡電橋,電橋的三個橋臂電阻是電阻溫度系數(shù)很小的錳銅絲繞制的。其阻值基本.上不隨溫度變化而變化,并使R1=R2=R3=1Ω。另一個橋臂電阻R是由電阻溫度系數(shù)較大的銅繞制而成,并使其在20℃時R1=R1=1Ω,此時電橋平衡,沒有電壓輸出，當(dāng)電橋所處溫度發(fā)生變化時，R1的阻值也隨之改變,于是就有不平衡電壓輸出，此輸出電壓來抵消參考端溫度變化擊產(chǎn)生的熱電熱電勢誤差。
3熱電偶正確使用方法
　　由以上分析可以看出熱電偶的測量誤差不僅和其自身的物理性能有關(guān).還與其使用方法是否正確有關(guān)熱電偶安裝和使用不當(dāng).不但會增加測量誤差，還可降低熱電偶的使用壽命因此根據(jù)測溫范圍和工作環(huán)境.正確安裝和合用熱電偶是一個重要問題。
(1)熱電偶應(yīng)選擇合適的安裝地點(diǎn)。將熱電偶裝于溫度較均勻且能代表工作溫度地方.不應(yīng)裝在加熱源太近的地方,應(yīng)盡可能避開強(qiáng)磁場和電場熱電偶原參考端盡里避免溫度過高。
(2)熱電偶插人溫場深度要適合,一般不應(yīng)小于200mm熱電偶保護(hù)管與爐壁之間的空隙須用耐火泥堵塞，以免空氣對流影響測溫正確性。
(3)貴金屬熱電偶，不能在還原氣體中則溫。
(4)在小直徑管道中安裝熱電偶時，熱電偶工作端-般迎著熱流方向;在大直徑管道中安裝熱電偶時熱電偶應(yīng)垂直管壁。
(5)熱電偶應(yīng)盡可能保持垂直使用，以防保護(hù)管在高溫下變形若需水平安裝時，插人深度不應(yīng)大于500mm,露出部分應(yīng)采用架子托牢并在使用一段時間后:將其旋轉(zhuǎn)180°。
4結(jié)語
　　通過上述誤差來源的綜述;使我們對以熱電偶為感溫元件的溫度計里誤差情況有了系統(tǒng)認(rèn)識，得出了如下結(jié)論:熱電偶的不穩(wěn)定性不均勻性參考端溫度變化以及熱電偶安裝使用不當(dāng)都可以引起測里誤差;還使我們了解到要想提高溫度測童的正確應(yīng)從哪些方面考慮問題，這對我們今后的溫度計童工作十分有益。
通過以上分析可以使我們對以熱電偶為感溫元件的溫度計里誤差情況有了系統(tǒng)認(rèn)識，得出了對熱電偶的不穩(wěn)定性不均勻性參考端溫度變化以及熱電偶安裝使用.不當(dāng)都可以引起測里誤差;還使我們了解到要想提高溫度測童的正確應(yīng)從哪些方面考慮問題，這些都是對我們今后的溫度計里工作十分有益的。