热电偶测温精度分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com淮南矿业学院学报1989年4月JOuRNALOFHUAINANMININGINSTITUTE第l期

2、热电偶测温精度分析吴荫六摘要本文应用误差理论，分析了各种测温误差产生的原固，误差值的计算方法，以厦减】嘲0温误差的连径，并给出了最后的精确温度计算，^＼式(一)前言热电偶是依靠热介质将热量传给它的热端，根据塞贝壳(Seebeck)效应产生的热电势大小来判定温度高低I热介质向热端传热的前提是必须有温差存在。因此测得的温度并不是实际的热介质温度，即存在着测

3、温误差。如果再考虑到测温系统各组成部分的误差，测温的动态误差，气流及热交换引起的误差等项的影响，实际的铡温误差可达3O℃～5O．c，甚至可能超过100℃。对产品的质量和数量的影响是很大的。机械厂的锻造加热炉、热处理妒，工业用窑炉及化工反应釜等郡需控制温度(600℃以上)，有的还要严格控制温度(测温允差≤5℃)，因此提高熟电偶测温精度是十分必要的。例如某些合金钢的始锻温度不准，会使锻件在锻造时开裂或锻造温度范围过窄，增加了火次和烧损。热处理温度控制不准，影响金属内部的组织结构和机械性能。窑炉控温不准

4、，影响烧南4件质量。化学反应控温不准，会有危险。当前采用的DDZ类仪表的目动控温系统和微机自动控温系统，可以消除某些测温误差，却不能基本上消除测误差。因为测温系统中各部件选择、安装不台理，热工参数选择不当，没有采取减小测温误差的适当措施，依然会产生较大的测温误差。本文应用误差理论，综合分析了热电偶测温时各种测温误差产生的原因，计算方法、减少谩I温误差应采取的措施以及综合谩l温误差的计算方怯。(二)测湿系统各部件产生的测温误差1．热儡丝材料不均目『起的潮温误差用退火法不能完全消除。此项误差虽属系统误

5、差，但其大小无法估计，一般并入热电偶分度误差中考虑。2．热电偶的分度误差热电偶的热电特性与统一分度表的差值，常给定极限范围。饲如铂铑一锗热电偶测温超过600℃对，允许误差为被渡j温度的±O．5(超过±3℃)。此项误差属系统误维普资讯http://www.cqvip.com48淮南矿业学院学报差．定期对热电偶进行校验，可仅考虑校验误差。3．补偿导罐与热佣丝热电特性不同目『起的沮误差误差值较小，可以忽略。例如铂铑——铂热电偶的冷端低于100℃时，误差值仅为4-0．03℃。4．热电偶安装位置目『起的沮误

6、差当温度梯度较大时，热电偶的热端应准确地位于待测温度点。否则将引起较大的测温误差。5．冷端温度ta的补偿误差采用机械零点调节法耐，需将机械零点调至E(ta，0)处，这里既包含了to的测试误差，仪表调整及示值误差，还有t。不断变化引起的误差。这个误差值较大而且计算麻烦．采用冷端恒温(但t。年0)补偿或电桥补岱时，存在着冷端温度变化范围内的非线性误差。采用微机控温系统，该项误差可基本上消除。6．显示倪裹的示值误差由显示仪表的精度确定。7．罐路电阻值引起的误差动圈式仪表对外接总电阻值有严格的要求，当R线

7、值有偏差或随时间变化时，会引起测温误差。8．自动控沮系统各元件的输出误差及反馈时间滞后目『起的误差以上各项误差是相互独立的，其中1至4项为未定系统误差，宜用绝对和法合成。5至8项为随机误差，应按独立随机误差求和公式合成。故由铡温部件引起的总误差可用下式求得总、帮=(专et+喜IⅢ△T。)(1)式中：e——总未定系统误差’Te——某项未定系统误差；．6I△T——综合随机误差I一^，AT——某项随机误差(三)动态测温误差由于热电偶是一个时间常数为f的一阶测试系统。当被测温度变化时，热电偶及其显示仪表因

8、热惯性和机械惯性来不及立即显示变化了的温度，产生动态铡温误O差。下面分析在测量恒温、升温和保温阶图i段的动态测温误差值的计算方法。1．嗣量恒温(图1)维普资讯http://www.cqvip.com热电偏测温精度分析热电偶动态响应温度为T：T，一(T．．一T1)e—l／f(2)式中。t——时间[S)T。——炉温[K)T．——热电偶热端初温[K3f——时间常数。由热电偶材料、结构形式及测温环境等因素决定。当t=(4～5)t时，测温误差ATrJj：T。。一T小于2T，可以忽略不计。2．辱逮升丑阶段【图

9、2)热电偶的动态响应温度始终小于实际温度，计算公式为T一一t一(T．口-Tl一’一e(3)当t>~Sx时，e趋于零，于是T一鲁一Tl口+()(‘)稳态的测温误差为△T动一T：-t(s)23．自动控沮阶段．r由控制器控制的炉温，可近似地认为是围绕某一恒温呈正弦变化的，即T．T，：T。。+T^sin∞￡(8)式中一炉温变化的圆频率jT。——炉温变化的幅值，T。。——预定控制的恒温值。1、可以推得稳态时的测温误差为斟3‘△T动．sin(~t+cp)(7)式中{——相位滞后角，=一arct