熱電偶測量誤差及其注意事項

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傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)中zui常用的溫度傳感器>； 熱電偶由于其結(jié)構(gòu)簡單，&ldquo； 熱電偶的兩條線連接起來&rdquo； 事實并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)簡單，但在使用過程中會出現(xiàn)各種問題。 例如，如果安裝和使用方法錯誤，會引起較大的測量誤差，檢定合格的熱電偶也會因為操作錯誤，使用時不合格，或者在滲碳等還原性氣氛中不注意的話，k型熱電偶也會因為選擇氧化而變得嚴(yán)重。 為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶的壽命，使用者不僅要求具備儀表面的操作技能，還要求具備物理、化學(xué)、材料等多方面的知識。 作者在多年實踐的基礎(chǔ)上，參照有關(guān)資料詳細(xì)介紹了熱電偶的測量誤差及其注意事項。 3.1熱電偶絲斑的影響(1)熱電偶材質(zhì)本身的絲斑熱電偶在計量室進行檢測時，按照規(guī)定的要求插入檢測爐的深度只有300mm。 因此，各熱電偶的檢定結(jié)果，準(zhǔn)確地說只能表現(xiàn)距離測定端300mm的燈絲的熱電行為，但是，熱電偶的長度長的情況下，大部分燈絲處于高溫區(qū)域，如果熱電偶的燈絲均質(zhì)，則根據(jù)均質(zhì)電路的規(guī)律，測定結(jié)果與長度無關(guān)。 但是，熱電偶線材不均質(zhì)，特別是廉價的金屬熱電偶線材均質(zhì)性差，在有溫度梯度的情況下，局部產(chǎn)生熱電動勢，將該電動勢稱為寄生電位。 寄生電位引起的誤差稱為不均勻誤差。 現(xiàn)有的貴金屬、廉價金屬熱電偶檢定規(guī)程中，沒有規(guī)定熱電偶的不均勻性，在熱電偶芯線基準(zhǔn)中，對熱電偶芯線的不均勻性有一定的要求。 對廉價金屬熱電偶采用首尾檢驗法求出不均勻的熱電動勢。 正規(guī)熱電偶的線材制造商，按照國家的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)不均勻的熱電動勢滿足要求的產(chǎn)品。 (2)使用熱電偶線材后產(chǎn)生的不均勻的熱電偶，即使是不均勻的熱電偶也可以滿足，但通過反復(fù)加工彎曲，熱電偶會產(chǎn)生加工變形，失去均勻性，而且即使使用中的熱電偶長時間變得高溫，熱電偶也會因偶數(shù)線材的劣化而變化。 例如，插入工業(yè)爐的熱電偶沿偶數(shù)線材的長度方向劣化，隨著溫度升高劣化變強，劣化的部分處于具有溫度梯度的場所時，寄生電動勢與總熱電動勢重疊，產(chǎn)生測定誤差。 作者在實踐中發(fā)現(xiàn)，某熱電偶在計量部門認(rèn)定的產(chǎn)品(多為賤金屬熱電偶)在現(xiàn)場使用時不合格。 再次返回計量部門檢定合格，其主要原因是偶然線的不均質(zhì)。 生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員實際感受到熱電偶的不良率也會隨著其長度的增加而增加。 均受熱電偶線材不均質(zhì)性的影響。 也就是說，不均質(zhì)即寄生電動勢引起的誤差依賴于熱電偶芯線自身的不均質(zhì)度和溫度梯度的大小，其定量極其困難。 3.2護套熱電偶的分流誤差(1)分流誤差瓦軸集團滲碳爐用護套熱電偶，只允許1周。 為探討原因，作者曾去過現(xiàn)場，未發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)從爐中取出并通過計量室檢定結(jié)果。 那么問題是什么呢？ zui后，根據(jù)該支熱電偶現(xiàn)場設(shè)置的特點，研究了上述問題是由鞘熱電偶的分流誤差引起的。 所謂分流誤差，是指用鞘熱電偶測量爐溫時，在熱電偶的中間部存在超過800°的c的溫度分布的情況下，其絕緣電阻降低，熱電偶的顯示值變得異常的現(xiàn)象稱為分流誤差。 根據(jù)均質(zhì)電路的規(guī)律，用熱電偶測溫的只有測量端和基準(zhǔn)端的兩端溫度，與中間溫度分布無關(guān)。 但是，由于鞘熱電偶的絕緣物為粉末狀MgO，因此溫度每上升100°； c，其絕緣電阻下降一位數(shù)，中間部的溫度高的話一定會產(chǎn)生漏電流，在熱電偶的輸出電位上會出現(xiàn)分流誤差。 (2)產(chǎn)生分流誤差的條件將鞘熱電偶水平插入爐內(nèi)，其規(guī)格和實驗條件為直徑ф4.8mm、長度25m、中間部加熱帶的長度20m、溫度1000℃。 在此次實驗中，熱電偶的測量端和中間部的溫度差為200℃。 如果測量端溫度高于中間部分，則產(chǎn)生負(fù)誤差。相反，產(chǎn)生正誤差。 若兩者溫度差為200℃，分流誤差約為100℃。 這是不可忽視的，分流誤差的發(fā)生條件與鞘熱電偶的種類和直徑等因素有關(guān)[2]，請參照表1。 3.3分流誤差的影響因素和對策在高溫下鞘熱電偶產(chǎn)生分流誤差的現(xiàn)象備受關(guān)注，需要了解分流誤差的影響因素，采取適當(dāng)?shù)膶Σ邷p少或消除分流誤差的影響。 (1)護套熱電偶的直徑，對于長9米的k型護套熱電偶( MgO絕緣)，只加熱熱電偶的中間部。 實驗結(jié)果表明，分流誤差的大小與直徑的平方根成反比(直徑越細(xì)，不遵守該法則)，即直徑越細(xì)，分流誤差越大。 中間部的溫度超過800℃時，在ф3.2mm護套熱電偶中產(chǎn)生分流誤差。 但是，對于ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱電偶，中間部的溫度為900℃時，未發(fā)現(xiàn)分流誤差。 在φ6.4mm (熱電極線直徑φ1.4 mm )和φ8mm (熱電極線直徑ф2.0mm )的護套熱電偶中，中間部溫度為1100℃時，直徑φ8mm的護套熱電偶產(chǎn)生的分流誤差僅為φ6.4mm的一半。 該數(shù)值( 50% )近視于兩種鞘熱電偶的線電極徑的平方比(1.42/2.02 )，線電極徑的平方比是線電極的電阻比。 因此，為了減少分流誤差，請選擇直徑盡可能粗的護套熱電偶。 (2)中間部的溫度超過中間部的溫度800℃時，有可能發(fā)生分流誤差，其大小隨著溫度的上升呈指數(shù)性增大。 因此，除測量端以外，盡量不要超過800℃。 1 )中間部加熱帶的長度和位置中間部加熱帶的溫度超過800℃時，加熱帶的長度變長，越遠(yuǎn)離測量端分流誤差越大。 因此，請盡量縮短加熱帶的長度，不要在遠(yuǎn)離測量端的地方加熱，減少分流誤差。 (3)熱電偶絲的電阻在護套熱電偶的直徑相同時，分流誤差隨著熱電偶絲的電阻增大而增加。 因此，較好采用電阻小的熱電偶絲。 例如，直徑相同的s型鎧裝熱電偶與k型熱電偶相比，分流誤差減少了40%。 因此，應(yīng)用s型熱電偶可測量爐內(nèi)溫度場的分布，費用高，但正確。 (4)在絕緣電阻的高溫下，氧化物的電阻率隨著溫度的上升而指數(shù)下降，分流誤差的大小主要依賴于高溫部分的絕緣性能，絕緣電阻越低越容易發(fā)生分流誤差。 絕緣電阻變?yōu)?0倍或1/10時，其分流誤差也變?yōu)?/10或10倍。 為了減少分流誤差，請采用直徑盡可能粗的護套熱電偶，加厚絕緣層的厚度。 上述措施無效的，應(yīng)采用裝配式熱電偶。 3.4短程有序結(jié)構(gòu)變化( k狀態(tài))的影響k型熱電偶為250℃； 在600℃的溫度范圍內(nèi)使用時，其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成短距離有序結(jié)構(gòu)，因此影響熱電勢值產(chǎn)生誤差，即所謂的k狀態(tài)[3]。 Ni是Cr合金特有的晶格變化，Cr含量為5時在30%的范圍內(nèi)存在原子晶格的無序變化。 由此產(chǎn)生的誤差隨Cr含量和溫度而變化。 將k型熱電偶從300℃加熱到800℃，每50℃取一點，測量該點的電位。 在450℃時偏差zui可達到4℃，在450℃時在600℃范圍內(nèi)，均為正偏差。 由于k狀態(tài)的存在，k型熱電偶的升溫或降溫檢測結(jié)果不一致，廉潔金屬熱電偶檢測規(guī)程明確規(guī)定了檢測步驟:從低溫升溫檢測到高溫。 而且，在400℃檢測點，不僅傳熱效果差，而且難以達到熱平衡，正好在k狀態(tài)誤差zui的廣泛范圍內(nèi)。 因此，在對這一點進行合格與否判定時必須慎重。 ni>； Cr合金的短程有序結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象，不僅存在于k型，也存在于e型熱電偶的正極。 但是，變化量e型熱電偶只有k型的2/3。 也就是說，k狀態(tài)與溫度、時間有關(guān)，溫度分布和熱電偶的位置發(fā)生變化時，其偏差也會發(fā)生較大變化。 很難正確地評價偏差的大小。

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本文熱電偶高頻詞： 鎧裝  誤差 

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