热电偶测量误差及其注意事项

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1、热电偶是一种最简单、最普通的温度传感器。可是如果在使用中不注意，也会引起较大测量误差。针对当前存在的问题，详细探讨影响测量误差的主要因素：热电偶插入深度、响应时间、热辐射及热阻抗等,指出热电偶丝不均质、铠装热电偶分流误差、K型热电偶的选择性氧化、K状态、使用气氛、绝缘电阻及热电偶劣化等在使用中应注意事项。对提高测量精度，延长热电偶寿命，有-定帮助。1.刖吕在现有的测温系统中，最常用的温度传感器一热电偶，因其结构简单，往往被误认为“热电偶两根线，接上就完事”，其实并非如此。热电偶的结构虽然简单，但在使用中仍然会出

2、现各种问题。例如：安装或使用方法不当，将会引起较大的测量误差，甚至检定合格的热电偶也会因操作不当，在使用时不合格，在渗碳等还原性气氛中，如果不注意，K型热电偶也会因选择性氧化而超差。为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶使用寿命，要求使用者不仅应具备仪表方面的操作技能，而且还应具有物理、化学及材料等多方面知识。作者根据多年实践，并参阅有关资料较详细地介绍热电偶的测量误差及其注意事项。2•测量误差的主要影响因素2.1插入深度的影响（1）测温点的选择热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重耍的。测温点的位置，对于

3、生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。（2）插入深度热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不…致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差,与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些（约为直径的15—20倍）,陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些（约为直径的10-15倍）。对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量

4、，将不受上述限制，插入深度可以浅一些，具体数值应由实验确定。2.2响应时间的影响接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；对于液体而言，最快也要在5min以上。对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不

5、仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热响应时间越短。测温元件热响应误差可通过下式确定[1]oAe=A0Oexp(-Vt)(2-1)式中t—测量时间S,△&—在t时刻，测温元件引起的误差，K或°CA0O—t=On时刻，测温元件引起的误差，K或°CT—时间常数Se—自然对数的底(2.718)因此，当E吋，则Ae=A60/e即为0.368,如果当t=2T时，则A

6、e=A0O/e2即为0.135。当被测对象的温度,以一定的速度a(k/s或。C/s)上升或下降时，经过足够的时间后,所产生的响应误差可用下式表示：Ae—aT(2—2)式屮g—经过足够时间后，测温元件引起的误斧。由式(2—2)可以看出，响应误差与时间常数(t)成正比。为了提高检定效率许多企业采用自动检定装置，对入厂热电偶进行检定，但是，该装置也并非十分完善。二汽变速箱厂热处理车间就发现如果在400°C点的恒温时间不够，达不到热平衡，就容易发生误判。2.3热辐射的影响插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐

7、射加热。假定炉内气体是透明的，而且热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差。在单位时间内，两者交换的辐射能为P,可用下式表示：P=oe(Tw4-Tt4)(2—3)式屮o'—斯忒藩一波尔兹常数£—发射率Tt—热电偶的温度，KTw—炉壁的温度，K在单位时间内，热电偶同周围的气体(温度为T),通过对流及热传导也将发生热量交换的能量为P‘P‘=aA(T-Tt)(2—4)式中a—热导率A—热电偶的表面积在正常状态下，P二P',其误差为：Tt-T=ae(Tt4-Tw4)/aA(2—5)对于单位面积而言其误差为T

8、t-T=ae(Tt4-Tw4)/a(2—6)因此，为了减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度Tw,尽可能接近热电偶的温度Tto另外，在安装时还应注意：①热电偶安装位置，应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；②热电偶最好带有热辐射遮蔽套。2.4热阻抗增加的影响在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上,使保护管的热阻抗增大；