上海自動化儀表三廠熱電偶測量誤差及其注意事項

熱電偶是zui簡單、zui普通的溫度傳感器。 但是，如果在使用過程中不注意，也可能引起較大的測量誤差。 針對目前存在的問題，詳細探討影響測量誤差的因素:指出熱電偶插入深度、響應時間、熱輻射和熱阻等熱電偶線不均勻、鞘熱電偶分流誤差、k型熱電偶選擇氧化、k狀態(tài)、使用環(huán)境、絕緣電阻和熱電偶老化等使用中的注意事項。 有助于提高測量精度，延長熱電偶的壽命。

1 .首先，傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)中常用zui的溫度傳感器-熱電偶，由于其結構簡單，經(jīng)常被誤認為是“熱電偶的2根線，連接結束”，但并非如此。 熱電偶的結構簡單，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、材料等多方面的知識。 作者在多年實踐的基礎上，參照有關資料詳細介紹了熱電偶的測量誤差及其注意事項。 2 .測量誤差的主要影響因素2.1插入深度的影響(1)測溫點的選擇熱電偶的安裝位置，即測溫點的選擇是zui的重要性。 測溫點的位置在生產(chǎn)過程中必須是典型的、非典型的，否則會喪失測量和控制的意義。 (2)插入深度熱電偶插入被測量場所后，沿傳感器的長度方向產(chǎn)生熱流。 環(huán)境溫度低的話會有熱損失。 熱電偶與被測量對象的溫度不一致，產(chǎn)生測溫誤差。 也就是說，熱傳導引起的誤差與插入深度有關。 插入深度與保護管的材質有關。 金屬保護管熱傳導性好，插入深度深(直徑約15—20倍)，陶瓷材料絕熱性好，可以插入淺(直徑約10-15倍)。 關于工程的測溫，其插入深度也與測量對象靜止或流動等狀態(tài)有關。 例如，流動的液體和高速氣流的溫度的測定不受上述限制。 插入深度可以很淺。 具體數(shù)值應由實驗決定。

2.2響應時間的影響接觸法測溫的基本原理是測溫元件與被測量者達到熱平衡。 因此，測溫時需要保持一定的時間，使兩者達到熱平衡。 保持時間的長度與測溫元件的熱響應時間有關。 熱響應時間主要根據(jù)傳感器的結構和測量條件而有很大差異。 對于氣體介質，特別是靜止氣體，在為了取得平衡必須保持至少30min以上的液體中，zui也立即變成5min以上。

對于溫度不斷變化的被測場所，特別是瞬間變化的過程，全過程要求僅為1秒，傳感器的響應時間要求為毫秒水平。 因此，一般的溫度傳感器不僅會使被測定對象的溫度變化速度產(chǎn)生延遲，還會因未達到熱平衡而產(chǎn)生測定誤差。 zui較好選擇響應快的傳感器。 對熱電偶來說，除保護管的影響外，熱電偶的測量端徑也是其主要因素，偶數(shù)線越細，測量端徑越小，熱響應時間越短。 測溫元件的熱響應誤差可通過下式求出[1]。 δθ=δθ0exp(-t/τ)(2-1)式中的t-測定時間s、δθ-t時刻、測溫元件引起的誤差、k或℃δθ0-「t=0"時刻、測溫元件引起的誤差、k或℃τ-時間常數(shù)se-自然對數(shù)的底部(2.718 )，因此在t=τ的情況下，Δθ=Δθ0/e為0.368，在t=2τ的情況下，Δθ=Δθ0/e為0.368 當被測定對象的溫度℃/s )上升或下降時，經(jīng)過充分的時間之后，產(chǎn)生的響應誤差以一定的速度α(k/s或Δθ∞=-ατ (2—2)式經(jīng)過Δθ∞—充分的時間之后，用測溫元件的誤差表示。

由式(2-2)可知，響應誤差與時間常數(shù)(τ)成比例. 為了提高檢定效率，很多企業(yè)都采用了自動檢定裝置，對進入工廠的熱電偶進行了檢定，但是這個裝置還不夠完善。 二汽變速箱工廠的熱處理廠，如果400℃的恒溫時間不夠的話，很容易誤判為沒有達到熱平衡。

2.3熱輻射的影響插入爐內(nèi)的測溫用熱電偶被高溫物體的熱輻射加熱。 爐內(nèi)氣體透明，而且熱電偶和爐壁的溫度差大時，會因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。 單位時間內(nèi)兩者交換的輻射能量為p，P=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3)式中σ-斯特藩-波爾茲常數(shù)ε-輻射率tt-熱電偶的溫度、K Tw—爐壁的溫度、k單位時間內(nèi)熱電偶與周圍的氣體(溫度t )對流因熱傳導而產(chǎn)生熱交換的能量為p'p'=αa(t-Tt ) 在(2-4)式中α-熱傳導率a-熱電偶的表面積正常的狀態(tài)下，關于p=p '的誤差，由于tt-t=σε(tt4-Tw4)/αγ(2-5)相對于單位面積為TT-t =σε( TT4- tw4) /α(2-6)，因此為了減少熱輻射誤差而增大熱傳導，盡可能減小爐壁溫度tw 此外，安裝時，請盡量避免固體的熱輻射，避免熱電偶表面輻射①熱電偶的安裝位置，希望熱電偶zui帶有熱輻射屏蔽罩。

2.4熱阻增加的影響高溫下使用的熱電偶，如果被測定介質為氣體，則堆積在保護管表面的灰塵等溶解于表面，保護管的熱阻增大的被測定介質為熔體，則在使用中熔渣堆積，不僅熱電偶的響應時間增加，指示溫度也降低。 因此，除定期檢定外，為了減少誤差，還需要經(jīng)常進行吸引檢查。

本文熱電偶高頻詞： 測溫  誤差 

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