熱電偶溫度計量精度的影響因素

摘要：在眾多的計量參數中,很多參數是需要被正確計量的，溫度就是其中之一。溫度的計量，不管采用任何一種計量?jì)x器，都需要滿(mǎn)足正確、經(jīng)濟和數值穩定的要求，并且不能夠被外界諸多不利因素的影響。對于熱電偶溫度計，如何才能在使用中達到很高的精度，這是設計人員急切需要解決的問(wèn)題。在熱電偶溫度計的使用中,計量精度會(huì )受到諸多干擾因素的影響。文章主要對其計量精度的影響因素展開(kāi)分析。
　　在溫度計量?jì)x表中，溫度傳感器是其核心的部分，有著(zhù)十分繁多的品種。以計量方式來(lái)進(jìn)行劃分，一般可以分為兩類(lèi),接觸以及非接觸式;如果按照材料和特性來(lái)劃分，一般可以分為本文提到的熱電偶以及熱電阻這兩種。
　　在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，上述幾種溫度計量?jì)x表中，熱電偶的優(yōu)點(diǎn)較為突出，如制造簡(jiǎn)單，計量方便等,都為其在工業(yè)溫度計量中的廣泛應用奠定了良好的基礎。在多年實(shí)踐的基礎之上，通過(guò)大量閱讀相關(guān)文獻，對熱電偶計量誤差進(jìn)行了詳細的總結。
1熱電偶測溫基本原理
　　在熱電偶溫度計中，由感溫元件以及外部的保護裝置構成,在感溫元件中,通過(guò)將不同材料的兩種導體或者是半導體A以及B焊接，連接成一個(gè)閉合回路。如果二者之間的執著(zhù)點(diǎn)之間出現了溫差，二者就會(huì )出現電動(dòng)勢,在整個(gè)回路中就會(huì )出現一個(gè)大小電流,這樣就被稱(chēng)為熱電效應。通過(guò)電氣儀表的作用之后，電流會(huì )轉變?yōu)楸粶y介質(zhì)的溫度，熱電偶溫度計的主要工作原理就是這一效應。
2熱電偶溫度計精度的主要影響因素
2.1測溫點(diǎn)的選擇
　　對熱電偶進(jìn)行安裝,選擇測溫點(diǎn)是十分重要的。測溫點(diǎn)的位置選擇，對于整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，需要有特殊的意義，要有代表性，如果不能選擇這樣的位置，計量以及控制的意義將不復存在。
2.2插入深度的影響
　　將熱電偶放入到被測場(chǎng)地,傳感器的長(cháng)度方向就會(huì )出現熱流。如果環(huán)境的溫度比較低，熱流會(huì )被損失。使得最終熱電偶表現出的溫度與被測對象的溫度不相同，從而導致測溫誤差。熱傳導帶來(lái)的誤差，和放入的深度相關(guān)。插入深度方面，又受到了保護管材質(zhì)的影響。金屬性能的導熱性能比較好，所以需要將其放入更深;而陶瓷性質(zhì)的材料有較好的絕熱性，需要將其插入較淺-一些。工程測溫中的插入深度，除了上述一些影響因素在之后，還會(huì )受到計量對象的狀態(tài)等相關(guān)因素的影響。當被測物體為流動(dòng)液體時(shí),就不需要被上述的影響因素限制，可以講插入深度減少一些，在實(shí)驗中將具體的數值進(jìn)行確定。
2.3響應時(shí)間的影響
　　當測溫元件和被測對象之間達到熱平衡,就是接觸法測溫的基本原理。所以測溫時(shí),需要有一定的事件才能夠讓二者之間實(shí)現熱平衡。保持時(shí)間市場(chǎng)還是短，主要由測溫元件的熱響應時(shí)間決定。這--時(shí)間的取決條件為傳感器的結構和計量條件，不同的條件導致了很大的差別。如果為氣體介質(zhì)，且為靜止,保持的時(shí)間要達到30分鐘才可以。而如果是液體的，只需要五分鐘以上就可以了。在被測場(chǎng)所中,溫度是不斷變化的，瞬間變化過(guò)程時(shí)間很短，僅僅為一秒,所以對于傳感器的要求需要達到ms級別。所以，如果溫度傳感器比較普通，那么被測對象的溫度變化速度將很難跟上，會(huì )出現滯后現象，另外熱平衡達不到之后也會(huì )帶來(lái)計量誤差。因此在對傳感器進(jìn)行選擇時(shí)，需要選擇相應比較快的。對熱電偶的響應時(shí)間產(chǎn)生影響的不僅僅是保護管，另外計量端直徑也是一個(gè)重要的影響因素。如果偶絲較細，那么這一數值將越小，響應時(shí)間當然比較短。被測對象的溫度，在溫度上升和下降方面以a(k/s或℃/s)速度進(jìn)行時(shí),在一段時(shí)間之后,相應誤差的計算公式為△θ∞=aT,△θ∞:一段足夠的時(shí)間之后,測溫元件會(huì )出現誤差。從上述公式來(lái)看,時(shí)間常數(T)和相應誤差之間成正比關(guān)系。
2.4熱輻射的影響
　　在爐中進(jìn)行測溫工作的熱電偶，高溫物體會(huì )產(chǎn)生熱輻射,引起熱電偶加熱現象。如果爐內的氣體假定為透明的，熱電偶和爐壁之間的溫差比較大時(shí)，那么能量交換之后也會(huì )帶來(lái)測溫方面的誤差。
所以想要減少這部分誤差，需要將熱傳導增加，讓爐壁的溫度和熱電偶溫度接近。此外，安裝過(guò)程中需要特別注意，熱電偶的具體安放位置需要與固體發(fā)出的熱輻射錯開(kāi),固體的熱輻射不能直達熱電偶的表面,需要時(shí)將熱電偶外部加入熱輻射遮蔽套。
2.5熱阻抗增加的影響
　　熱電偶在高溫下工作，被測介質(zhì)如果是氣體,那么保護管表面的灰塵會(huì )在表面上被燒熔，保護管的熱阻抗將會(huì )增加。如果介質(zhì)是熔體，那么在操作中會(huì )出現爐渣的沉淀，使得熱電偶響應時(shí)間被增加,指示溫度方面會(huì )變低。所以在定期的檢查之外，為了減少誤差,需要對其進(jìn)行不定時(shí)的抽檢。所以在生產(chǎn)的現場(chǎng),連續測溫熱電偶需要被安裝，還需要配備好消耗型熱電偶測溫裝備，以方便對前者進(jìn)行精度的校準。
2.6熱電偶絲不均質(zhì)引起誤差
　　熱電偶有著(zhù)不均質(zhì)的材質(zhì)。廠(chǎng)家在進(jìn)行偶絲生產(chǎn)時(shí)，通常會(huì )因為溫度等原因，導致竹節狀出現，粗細并不均勻，甚至出現嚴重的打卷現象。另外在后期的加工中會(huì )出現其他問(wèn)題，對熱電偶進(jìn)行的反復加工，會(huì )讓熱電偶出現畸變,均質(zhì)性也會(huì )失去。在進(jìn)行測溫工作時(shí),很多偶絲位于高溫區,若偶絲為均質(zhì)性，那么根據均質(zhì)回路定則，長(cháng)度和計量的結果沒(méi)有關(guān)聯(lián)。如果不是均值性,并且處于有溫度變化的場(chǎng)所，那么局部就會(huì )出現寄生熱電動(dòng)勢,最后導致的誤差就被認為是不均質(zhì)誤差。
2.7計系統漏電影響
　　如果出現了電流泄露,主要是因為絕緣不良。這對于熱電偶測溫是否正確有著(zhù)極大的影響，將熱電勢歪曲，儀表顯示方面則會(huì )失真，更為嚴重的是不能開(kāi)展正常工作。漏電帶來(lái)的誤差表現在多個(gè)方面，如熱電極絕緣瓷管沒(méi)有很好的絕緣電阻,熱電流會(huì )旁路，熱電偶端電壓下降，但是影響并不會(huì )太大。電測設備如果出現漏電,也會(huì )出現上述現象,最終出現誤差。
3結論
　　從上述的不穩定因素的論述來(lái)看,這些都是熱電偶計量溫度時(shí),必須要認識的。通過(guò)對熱電偶溫度計量精度的影響因素分析，總結出在熱電偶的制作和使用中，現場(chǎng)插入位置及深度、響應時(shí)間、熱輻射、熱阻抗增加、熱電偶絲不均質(zhì)、計量系統漏電等都是影響最終溫度計量精度的因素,對于這些影響因素，在實(shí)際溫度計量中，我們只要仔細觀(guān)察,善于總結就能夠有效避免這些不必要的測量誤差,提升溫度計量的精度。