淺談熱電偶的溫度計量誤差

摘要:熱電偶是一種常用的溫度傳感器,應用相當廣泛。在長期工作過程中,熱電偶性能會發生改變,產生測溫誤差。我國計量法規定，在熱電偶的使用過程中需要進行周期性的檢定和修正,以確保熱電偶溫度計量的正確性。本文針對熱電偶的工作原理,產生誤差的原因及相應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參考。
　　熱電偶作為感溫元件,在溫度測量領域是不可缺少的,可以在-270℃~2800℃度的廣泛溫域內進行測量,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。自從賽貝克發現熱電效應以來,熱電偶已經成為目前溫度測量領城中應用最廣泛的感溫原件之一,它具有測溫范圍廣,性能穩定,準確可靠,結構簡單,熱慣性小,動態響應速度快,信號能夠遠傳和多點測量等優點,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點以外,也會在一定程度上產生不同的誤差,這就需要在使用中不斷減少誤差的產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
　　熱電偶測溫過程實際上是熱電偶與被測介質間熱交換過程,需要-定的時間達到熱平衡,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，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環境許可時,甚至可將保護管取去。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，與實際爐溫的差別也就越大。當用時間常數大的熱電偶測溫或控溫時,儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。
1.2熱電偶的選擇
　　為了準確的測量溫度,應當選擇時間常數小的熱電偶。時間常數與傳熱系數成反比,與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比,如要減小時間常數,除增加傳熱系數以外,最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中,通常采用導熱性能好的材料,管壁薄、內徑小的保護套管,比如高靈敏度的鎧裝熱電偶,采用變徑技術的小.惰性熱電偶產品。在較精密的溫度測量中,使用無保護套管的裸絲熱電偶,但熱電偶容易損壞,應及時校正及更換。同時,熱電偶應盡可能保持垂直使用,以防保護管在高溫下變形。
2插入深度引起的誤差及消除方法
2.1測溫點的選擇
　　熱電偶的安裝位置,即測溫點的選擇是最重要的。測溫點的位置,對于生產工藝過程而言,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。在計量檢定過程中,標準熱電偶與被檢熱電偶不僅需要保持一定的時間達到熱平衡,更要按規程要求的插人深度。熱電偶裝人管式爐內后,熱電偶的測量端應處于管式爐最高溫區中心。
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，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不-致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差,與插人深度有關。而插人深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插人深度應該深--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有關，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,具體數值應由實驗確定。在計量檢定中,為了保證被測數據的準確可靠,每一支熱電偶裝爐時的插人深度也是需要注意的檢定要點之一。
3補償導線連接的影響及修正辦法
　　有些小于750mm的熱電偶在計量檢定中是需要連接補償導線的，熱電偶與補償導線的連接也會使測量產生不同程度的誤差,其中補償導線型號與熱電偶的分度號必須對應,絕不能用錯,同時補償導線與熱電偶的兩連接點的溫度應相同,且不得超過規定的使用溫度。檢定時,一般用補償導線檢定100℃點,耐熱用補償導線檢定100℃點、200℃點,也可根據需要在其他溫度點檢定。補償導線和熱電偶都有正負極之分,可根據電極硬度、電極.顏色或絕緣層顏色來區分,連接時極性不能接反,否則將產生反補,使測量誤差大大增加到不用補償導線的兩倍。熱電偶的正確使用是保證其測量正確性的必要條件。
　　熱電偶是當前應用最廣泛的測溫元件,并且在工業生產中的重要性是無可比擬的，正是由于它們的應用使我們的生產變得更加方便、快捷、正確。所以,無論在生產中還是計量檢定中,更應深人探索不同規格型號熱電偶的性能和有效使用。相信在21世紀,熱電偶將會在工業測量中發揮更巨大的作用。