高溫?zé)犭娕嫉臏y量誤差及處理方案
發(fā)布時(shí)間：2021-10-21
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摘要:詳細(xì)分析
熱電偶使用后中間導(dǎo)體的形成機(jī)理，并根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)分析
高溫?zé)犭娕?/strong>測量誤差的產(chǎn)生原因。根據(jù)熱電偶中間導(dǎo)體定律可知，熱電偶局部變質(zhì)部分只要存在溫差，就會產(chǎn)生測量誤差。采用對調(diào)焊接等處理方式，不僅可消除熱電偶長期使用帶來的示值誤差、減少熱電偶的消耗，而且可提高產(chǎn)品質(zhì)量。
1影響熱電偶高溫測量精度的因素
1.1高溫測量中常用的熱電偶
在1250℃以下的場合，采用N型熱電偶測溫，其高溫穩(wěn)定性及使用壽命較K型熱電偶成倍提高，通常與鉑銠熱電偶相當(dāng)。因此，N型熱電偶的應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大[1]。鎢錸3-鎢錸25熱電偶高溫測量時(shí)可測的溫度最高，但在氧化氣體中測量，鎢錸3-鎢錸25極易氧化，因此必須采取抗氧化措施。可將偶絲密封在保護(hù)套管中，并填以致密的填充料，填充料中有遇高溫產(chǎn)生還原性氣氛的粉體，外保護(hù)管是鉬基硅化鉬管。抗氧化的鎢錸3-鎢錸25熱電偶抗腐蝕，使用壽命與同等氣氛(環(huán)境)下的鉑銠熱電偶相當(dāng)。
1.2影響熱電偶高溫測量精度的因素
影響熱電偶高溫測量精度的主要因素是輻射傳熱。熱電偶的輻射熱損失為
式中S一熱電偶的表面積
X一熱輻射率
e一斯特藩-玻爾茲曼常數(shù)
T一熱電偶測得的溫度
Tw一熱電偶所置的腔壁溫度
另一方面，熱電偶通過對流傳熱獲得的熱量為
Tg一被測氣體的真實(shí)溫度
h一對流傳熱系數(shù)
如果不考慮導(dǎo)熱，熱電偶達(dá)到熱穩(wěn)定以后，有dq輻=dq換
由式(3)可知，對流傳熱系數(shù)、熱輻射率、熱電偶所置的腔壁溫度是影響熱電偶高溫測量的精度的因素。熱電廠的鍋爐的全大屏、后屏入口、出口等位置的高溫(900~1200℃)測量使用帶有二層屏蔽罩的鉑銠10-鉑熱電偶，抽氣熱電偶用于鍋爐燃燒研究。熱電偶的保護(hù)套管直徑、安裝位置與對流傳熱系數(shù)h有直接關(guān)系。
2熱電偶使用后中間導(dǎo)體的形成
熱電偶的中間導(dǎo)體定律是眾所周知的常識。但對熱電偶在使用中形成中間導(dǎo)體后的誤差情況，以及如何正確進(jìn)行測溫是儀表人員校對爐溫時(shí)至關(guān)重要的問題。由于這一問題的存在，無疑會降低測溫的質(zhì)量，甚至達(dá)到影響測量正確的程度。在熱電偶回路中，接入了和該熱電偶不同熱電特性的導(dǎo)體后，只要該導(dǎo)體各部分的溫度不等，就會產(chǎn)生寄生電勢，從而造成測量誤差。
t為工作端溫度，t0為冷端溫度，t0'-t0’'代表插入爐膛的部分溫度，該處溫度比工作端低，并且to'>t0',因?yàn)闊犭妱軪AB(t,t0)=EAB(t，t0')+EAB(t0'，t0')+EAB(t0''，t0),所以，如果熱電偶各部分材質(zhì)都--致，則從上式可以看出，不論t0'和t0'的溫度如何，其測量結(jié)果仍然符合熱電勢和溫度之間的函數(shù)關(guān)系，即EAB(t,t)0=(ft)-(ft0)。但若t0'和t0''之間的一.段電極變質(zhì)之后，導(dǎo)致了熱電特性的改變，于是，當(dāng)t0'不等于t0”時(shí)，其測量結(jié)果就不再符合上式，而是隨著該兩點(diǎn)間的溫度之差而變化。熱電偶在使用過程中會氧化腐蝕，特別是銠元素的選擇性氧化導(dǎo)致的粗晶和還原性氣體對鉑的污染，都會使熱電偶的熱電特性明顯的變壞。
3實(shí)測數(shù)據(jù)
帶有中間導(dǎo)體的熱電偶繼續(xù)用來測溫時(shí)，其中間導(dǎo)體兩端的溫度肯定是不同的，否則就會產(chǎn)生測量誤差。由于使用現(xiàn)場爐子大小和形狀不同，故熱電偶的插入深度也并不一致。于是熱電偶的變質(zhì)情況和變質(zhì)部分的長度就各不相同。對于高溫爐測試用的鉑銠-鉑熱電偶，在插入深度較淺的爐子上使用時(shí)會產(chǎn)生誤差，把使用時(shí)間不等的同種熱電偶和新偶，用兩種不同插入深度對比測試的結(jié)果，溫度也相差10℃以上。現(xiàn)將測試結(jié)果列表如下，具體見表1(測試用直流電位差計(jì)UJ33a，采用雙極法直接對比，將使用時(shí)間不等的偶和新偶分別捆扎后入爐)。
多數(shù)熱電偶都為負(fù)差值,插入150mm時(shí)測試的負(fù)值更大。僅有同等型號的新偶在測試1230℃時(shí)，插入深度300mm為+1℃,特別是舊偶在插入150mm深度測試時(shí)與新偶競相差6℃.為了進(jìn)一步驗(yàn)證在不同加熱深度時(shí)的誤差問題，又將使用較長時(shí)間的偶和另外兩只偶插入同一深度，同--爐溫分別進(jìn)行測試，結(jié)果同樣符合上述規(guī)律。
產(chǎn)生上述情況的主要原因，一是測試偶與新偶由于位置不當(dāng)，所受介質(zhì)污染程度不同:二是插入介質(zhì)在不同深度時(shí)，由于爐溫不能保持絕對均勻恒定(受熱電極所致)造成的。由此可以說明:使用時(shí)間較長的熱電偶對測溫將產(chǎn)生更大的誤差。
4解決辦法
使用雙鉑銠熱電偶測溫(分度號:B)目的是為了達(dá)到測試溫度更加正確。以往使用單鉑銠(分度號:S)熱電偶測溫要考慮冷端補(bǔ)償問題。需加修正值，使用分度號B的熱電偶測溫后,溫度即使在零上50℃時(shí),其亳伏值僅0.002mV。所以用雙鉑銠熱電偶測溫，就無需考忠冷端室溫的補(bǔ)償問題。由于熱電偶入爐產(chǎn)生的差值不同，特設(shè)置了專用的測溫支架和同一規(guī)格的熱電偶不銹鋼保護(hù)套。插入深度固定在300mm處。測試高溫前，要實(shí)行等級預(yù)熱，使熱電偶便于獲得更均勻一致的受熱，實(shí)行定期更換熱電偶不銹鋼保護(hù)套。以保證熱電偶材質(zhì)均勻性盡可能長時(shí)間不變。
對使用一段時(shí)間后的鉑銠熱電偶，往往其極點(diǎn)容易斷開。極點(diǎn)斷開后，將偶絲頭尾對調(diào)焊接，經(jīng)過硼砂清洗和煮沸后，實(shí)行定時(shí)間的回火處理。如果不對調(diào)偶絲，有的偶絲極點(diǎn)部分由于污染變脆，剪掉少量部分，再重新鹽水焊接也是可以的。通過上述處理后，再和標(biāo)準(zhǔn)偶對比，測出誤差，找出修正值方可準(zhǔn)予應(yīng)用。
5結(jié)束語
近年來，實(shí)踐中使用的高溫偶一直采用這些處理方式，不僅消除了由于熱電偶長期使用帶來的示值誤差，而且從很大程度上減少了熱電偶的消耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，也取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
