熱電偶的測量誤差分析

時間：2020-01-05作者：江蘇華儀測控技術有限公司瀏覽：501

 

熱電偶是一種較簡單﹑較普通的溫度傳感器?？墒侨绻谑褂弥胁蛔⒁?，也會引起較大測量誤差。針對當前存在的問題，詳細探討影響測量誤差的主要因素：熱電偶插入深度﹑響應時間﹑熱輻射及熱阻抗等，指出熱電偶絲不均質﹑鎧裝熱電偶分流誤差﹑K型熱電偶的選擇性氧化﹑K狀態(tài)﹑使用氣氛﹑絕緣電阻及熱電偶劣化等在使用中應注意事項。對提高測量精度，延長熱電偶壽命，有一定幫助。        

在現(xiàn)有的測溫系統(tǒng)中，較常用的溫度傳感器—熱電偶，因其結構簡單，往往被誤認為“熱電偶兩根線，接上就完事”，其實并非如此。 熱電偶的結構雖然簡單，但在使用中仍然會出現(xiàn)各種問題。例如：安裝或使用方法不當，將會引起較大的測量誤差，甚至檢定合格的熱電偶也會因操作不當，在使用時不合格，在滲碳等還原性氣氛中，如果不注意，K型熱電偶也會因選擇性氧化而**差。       

 為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應具備儀表方面的操作技能，而且還應具有物理、化學及材料等多方面知識。作者根據(jù)多年實踐，并參閱有關資料較詳細地介紹熱電偶的測量誤差及其注意事項。         

1、熱電偶絲不均質影響         

a、熱電偶材質本身不均質         

熱電偶在計量室檢定時，按規(guī)程要求，插入檢定爐內的深度只有300mm。因此每支熱電偶的檢定結果，確切的說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測量端開始300mm長偶絲的熱電行為，然而，當熱電偶的長度較長時，則大部分偶絲處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲是均質的，那么依據(jù)均質回路定則，測量結果與長度無關。然而，熱電偶絲并非均質，尤其是廉金屬熱電偶絲其均質性較差，又處于具有溫度梯度的場合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動勢，該電動勢稱為寄生電勢。由寄生電勢引起的誤差稱為不均質誤差。       

在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對熱電偶的不均質尚未作出規(guī)定，只有在熱電偶絲材標準中，對熱電偶絲的不均勻性有一定要求。對廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不均勻熱電動勢。正規(guī)熱電偶絲材生產(chǎn)廠，均按地區(qū)標準要求，生產(chǎn)出不均勻熱電動勢符合要求的產(chǎn)品。         

b、熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質        

對于新制的熱電偶，即使是不均勻熱電動勢能滿足要求，但是，反復加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下也會因偶絲的劣化而引起熱電動勢變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長度方向發(fā)生劣化，并隨溫度增高，劣化增強，當劣化的部分處于具有溫度梯度的場所，也將產(chǎn)生寄生電動勢疊加在總熱電動勢中而出現(xiàn)測量誤差。        

在實踐中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計量部門檢定合格的產(chǎn)品（多為廉金屬熱電偶）到現(xiàn)場使用時卻不合格。再返回到計量部門檢定仍然合格，其中主要原因就是偶絲不均質引起的。生產(chǎn)熱電偶的技術人員都切身體會到，熱電偶的不合格率也隨其長度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質的影響?？傊?，由不均質即寄生電動勢引起的誤差，取決于熱電偶絲自身的不均質程度及溫度梯度的大小，對其定量較其困難。       

2、鎧裝熱電偶的分流誤差

a、分流誤差        

瓦軸集團滲碳爐用鎧裝熱電偶，僅使用一周就不準了。為探討原因，作者曾到現(xiàn)場考察，但未發(fā)現(xiàn)異常，只好從爐子上取下來經(jīng)計量室檢定結果合格。那么問題何在呢？最后，根據(jù)該支熱電偶的現(xiàn)場安裝特點，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是鎧裝熱電偶的分流誤差造成的。        

所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時，當熱電偶中間部位有**過800°C的溫度分布存在時,因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。依據(jù)均質回路定則，用熱電偶測溫只與測量端與參考端兩端溫度有關，與中間溫度分布無關?？墒怯捎阪z裝熱電偶的絕緣物是粉末狀MgO，溫度每升高100°C，其絕緣電阻下降一個數(shù)量級，當中間部位溫度較高時，必定有漏電流產(chǎn)生，致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。      

b、分流誤差產(chǎn)生的條件       

將鎧裝熱電偶水平插入爐內，其規(guī)格及實驗條件為：直徑ф4.8mm,長度為25m,中間部位加熱帶的長度為20m，溫度為1000℃。本次實驗中，熱電偶的測量端與中間部位的溫差為200℃。如果測量端溫度**中間部位，則產(chǎn)生負誤差；相反，則產(chǎn)生正誤差。如果兩者的溫差為200℃，那么，分流誤差約為100℃。這是**不能忽視的，分流誤差的產(chǎn)生條件與鎧裝熱電偶種類和直徑等因素有關。

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• 熱電偶的測量誤差分析

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