淺談熱電偶的溫度計(jì)量誤差

摘要:熱電偶是一種常用的溫度傳感器,應(yīng)用相當(dāng)廣泛。在長期工作過程中,熱電偶性能會發(fā)生改變,產(chǎn)生測溫誤差。我國計(jì)量法規(guī)定，在熱電偶的使用過程中需要進(jìn)行周期性的檢定和修正,以確保熱電偶溫度計(jì)量的正確性。本文針對熱電偶的工作原理,產(chǎn)生誤差的原因及相應(yīng)的解決辦法做了闡述。為正確選擇與使用熱電偶,保證其測量正確性提供了一定的技術(shù)參考。
　　熱電偶作為感溫元件,在溫度測量領(lǐng)域是不可缺少的,可以在-270℃~2800℃度的廣泛溫域內(nèi)進(jìn)行測量,熟悉其工作原理,掌握和分析測溫誤差的來源會在很大程度上提高溫度測量的正確性。避免工作中不必要的損失出現(xiàn)。自從賽貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來,熱電偶已經(jīng)成為目前溫度測量領(lǐng)城中應(yīng)用最廣泛的感溫原件之一,它具有測溫范圍廣,性能穩(wěn)定,準(zhǔn)確可靠,結(jié)構(gòu)簡單,熱慣性小,動態(tài)響應(yīng)速度快,信號能夠遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)測量等優(yōu)點(diǎn),其工作原理,由兩種不同金屬或合金組成的閉合回路,是最簡單的熱電偶回路,這兩種不同金屬或合金的組成就稱為熱電偶。熱電偶作為感溫元件，除了具有多方面的優(yōu)點(diǎn)以外,也會在一定程度上產(chǎn)生不同的誤差,這就需要在使用中不斷減少誤差的產(chǎn)生以確保測溫的有效性和正確性。
1熱惰性引入的誤差及處理辦法
1.1熱電偶的測溫
　　熱電偶測溫過程實(shí)際上是熱電偶與被測介質(zhì)間熱交換過程,需要-定的時(shí)間達(dá)到熱平衡,由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí),甚至可將保護(hù)管取去。由于存在測量滯后,用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大,熱電偶波動的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時(shí),儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實(shí)際爐溫的波動可能很大。
1.2熱電偶的選擇
　　為了準(zhǔn)確的測量溫度,應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時(shí)間常數(shù),除增加傳熱系數(shù)以外,最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導(dǎo)熱性能好的材料,管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管,比如高靈敏度的鎧裝熱電偶,采用變徑技術(shù)的小.惰性熱電偶產(chǎn)品。在較精密的溫度測量中,使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應(yīng)及時(shí)校正及更換。同時(shí),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。
2插入深度引起的誤差及消除方法
2.1測溫點(diǎn)的選擇
　　熱電偶的安裝位置,即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的。測溫點(diǎn)的位置,對于生產(chǎn)工藝過程而言,熱電偶一定要具有典型性代表性,否則將失去測量與控制的意義。在計(jì)量檢定過程中,標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被檢熱電偶不僅需要保持一定的時(shí)間達(dá)到熱平衡,更要按規(guī)程要求的插人深度。熱電偶裝人管式爐內(nèi)后,熱電偶的測量端應(yīng)處于管式爐最高溫區(qū)中心。
2.2插人深度
　　熱電偶插入溫場深度要適合,熱電偶插人被測場所時(shí)，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不-致而產(chǎn)生測溫誤差。總之，由熱傳導(dǎo)而引起的誤差,與插人深度有關(guān)。而插人深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護(hù)管因其導(dǎo)熱性能好，其插人深度應(yīng)該深--些，約為直徑的15~20倍,陶瓷材料絕熱性能好,可插人淺一些,約為直徑的10~15倍。對于工程測溫，其插人深度還與測量對象是靜止或流動等狀態(tài)有關(guān)，如流動的液體或高速氣流溫度的測量,將不受上述限制,插人深度可以淺一些,具體數(shù)值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。在計(jì)量檢定中,為了保證被測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠,每一支熱電偶裝爐時(shí)的插人深度也是需要注意的檢定要點(diǎn)之一。
3補(bǔ)償導(dǎo)線連接的影響及修正辦法
　　有些小于750mm的熱電偶在計(jì)量檢定中是需要連接補(bǔ)償導(dǎo)線的，熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的連接也會使測量產(chǎn)生不同程度的誤差,其中補(bǔ)償導(dǎo)線型號與熱電偶的分度號必須對應(yīng),絕不能用錯,同時(shí)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的兩連接點(diǎn)的溫度應(yīng)相同,且不得超過規(guī)定的使用溫度。檢定時(shí),一般用補(bǔ)償導(dǎo)線檢定100℃點(diǎn),耐熱用補(bǔ)償導(dǎo)線檢定100℃點(diǎn)、200℃點(diǎn),也可根據(jù)需要在其他溫度點(diǎn)檢定。補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶都有正負(fù)極之分,可根據(jù)電極硬度、電極.顏色或絕緣層顏色來區(qū)分,連接時(shí)極性不能接反,否則將產(chǎn)生反補(bǔ),使測量誤差大大增加到不用補(bǔ)償導(dǎo)線的兩倍。熱電偶的正確使用是保證其測量正確性的必要條件。
　　熱電偶是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的測溫元件,并且在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性是無可比擬的，正是由于它們的應(yīng)用使我們的生產(chǎn)變得更加方便、快捷、正確。所以,無論在生產(chǎn)中還是計(jì)量檢定中,更應(yīng)深人探索不同規(guī)格型號熱電偶的性能和有效使用。相信在21世紀(jì),熱電偶將會在工業(yè)測量中發(fā)揮更巨大的作用。