提高廉金屬熱電偶溫度測量正確性方法

摘要:在檢定廉金屬熱電偶上下展和中間溫度點(diǎn)后，通過(guò)經(jīng)驗公式和數學(xué)算法求出在檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)的修正值，理論計算值與實(shí)際檢定值比對從面得到廉金屬熱電偶在檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)修正值的計算方法和經(jīng)驗公式。
0引言
　　溫度傳感器不論是在科學(xué)研究還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，,它的應用都是十分廣泛的。從目前的應用范圍來(lái)看，工業(yè).上使用較多的溫度傳感器主要有兩種類(lèi)型，即熱電阻和熱電偶，在工業(yè)領(lǐng)域一般熱電阻應用較多的是三線(xiàn)制的Pt100,熱電偶應用較多就是工業(yè)I級或II級廉金屬熱電偶，而這其中尤以K型熱電偶據多。主要論述提高工業(yè)廉金屬測溫準確性的方法。
　　在工業(yè)廉金屬熱電偶送至相關(guān)計量部門(mén)后，如果客戶(hù)未要求檢定溫度點(diǎn)的時(shí)，計量部門(mén)會(huì )根據偶絲直徑和檢定規程要求來(lái)確定檢定溫度點(diǎn)，一般而言檢定400,600℃和800℃三個(gè)溫度點(diǎn)較多，當然如果客戶(hù)有要求就按照客戶(hù)要求來(lái)進(jìn)行檢定。熱電偶在實(shí)際使用中，客戶(hù)經(jīng)常會(huì )用到溫度范圍內其他未檢定的溫度點(diǎn)，多數用戶(hù)通常會(huì )采用內插的方法來(lái)確定該溫度點(diǎn)的修正值，將主要針對目前工業(yè)上使用較多的K型廉金屬熱電偶，結合實(shí)際的校準試驗數據和使用經(jīng)驗，來(lái)確定其他溫度點(diǎn)的修正值，從而找到最佳的方法，確保其準確可靠。
1溫度傳感器的檢定
　　溫度傳感器在使用中需要定期送到相應的計量機構進(jìn)行檢定，檢定合格才能作為計量設備使用。
　　對于K型熱電偶溫度傳感器，根據JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》的要求，I級熱電偶的允許偏差為±1.5℃或±0.4%t,II級熱電偶的允許偏差為±2.5℃或±0.75%t。K型熱電偶檢定溫度點(diǎn)根據偶絲的直徑不同而有所不同，一般按照表1的要求來(lái)確定檢定溫度點(diǎn)。通過(guò)測出的實(shí)際電勢值與標準熱電偶的電勢值相比較,轉換成溫度的示值誤差即可判斷出該支熱電偶的等級。
 
2溫度傳感器的測溫特性
　　對于K型熱電偶來(lái)講，其電勢和溫度存在如下關(guān)系:
　　在-200~1372℃范圍之間
 
式中:E為電勢值，mV;t90為90溫標下的溫度值,C;c:為系數，不同溫度段對應的系數不同。
2.1溫度差值和溫度值構成二次曲線(xiàn)方法
　　通常來(lái)講，一支K型熱電偶溫度傳感器的測溫方法主要是根據測出的電勢值去查分度表或者依據上述的計算公式求出其對應的溫度，如果不是采用冰瓶補償則需要將冷端溫度考慮進(jìn)去。有時(shí)為了測試的準確性和可靠性，使用前需要對熱電偶使用到的溫度點(diǎn)進(jìn)行測試前的校準，得到修正值，確保實(shí)際使用過(guò)程溫度示值的準確，相對而言這種做法的可靠性更為高些，但并不是所有部門(mén)都能做到測試前對使用溫度點(diǎn)的校準，因此這里提出了一種對K型熱電偶傳感器進(jìn)行修正的方法(參考貴金屬熱電偶百度計算)，由于K型熱電偶具有較好的線(xiàn)性度，靈敏度較高，因此建立如下數學(xué)模型
 
　　式中:△E(t)為檢定溫度點(diǎn)的理論電勢值和實(shí)際電勢值之差，mV;E(|)為在檢定溫度點(diǎn)的實(shí)際電勢值，mV;
　　Ek[(1)為在檢定溫度點(diǎn)的理論電勢值，mV;t為檢定溫度點(diǎn),℃;a,b,c為系數。.
　　若在t1,t2,t3三個(gè)溫度點(diǎn)下檢定某K型熱電偶，得到實(shí)際的電勢值為E(t1),E(t2)和E(t3)，于是可以達到與理論之對應的電勢值差△E(t1),△E(t2)和△E(t3)，由此建立如下的方程組
 
　　通過(guò)上述的系數a,b,c值，在實(shí)際的測試中就可以根據檢定的溫度點(diǎn)而給出其他溫度點(diǎn)的電勢修正值。
2.2內插方法
　　內插法主要用是根據檢定的兩個(gè)溫度點(diǎn)來(lái)確定內插方程，然后根據方程代人需要計算的修正點(diǎn)得到該溫度點(diǎn)計算出的修正值。設檢定點(diǎn)溫度分別為T(mén)1,T2,T3,時(shí)，修正值分別為△T1,△T2,△T3。
假設欲求溫度T下的修正值△T,且T1,<T<T2,則按線(xiàn)性差值的方法有如下關(guān)系:
 
3測試數據比對驗證
　　為了驗證上述給出的測試方法的可靠性，選兩支K型工業(yè)熱電偶(1#，2#)進(jìn)行標定，并采用兩種方法計算最后的結果。
　　對550，700,850,1000℃和1100℃五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準，其測試的溫度點(diǎn)與實(shí)際電勢值對應關(guān)系如表2。
3.1溫度差值和溫度值構成二次曲線(xiàn)方法驗證
　　1#K型熱電偶，根據上述的550，850℃和1100℃三個(gè)點(diǎn)校準結果求出系數a,b,c,有三個(gè)點(diǎn)校準結果求出系數a,b,c,有
 
　　熱電偶現場(chǎng)測得兩個(gè)溫度點(diǎn)的電勢值分別為29.2221mV和41.4143mV,利用公式或分度表可以得到其分別對應的溫度為702.20℃和1003.54℃,將換.算后的溫度值代人電勢修正公式得到這兩個(gè)點(diǎn)的電勢誤差值，即
 
　　通過(guò)對修正后的電勢進(jìn)行溫度換算，可以得到該電勢下的實(shí)際溫度值，即
T1=699.9977℃，T2=1000.17209℃
　　同樣，在測得電勢值分別為29.2081mV和41.4077mV時(shí)，按照上述方法可以得到2#傳感器的兩個(gè)計算溫度值，具體比較如表3。
 
　　通過(guò)上表的數據比較可以看出理論計算值與檢定值相差很小，尤其是低溫段，該方法可用。
3.2內插方法驗證
　　1#K型熱電偶根據550℃和850℃兩個(gè)溫度點(diǎn)計算700℃的修正值，根據850℃和1100℃兩個(gè)溫度點(diǎn)的值計算1000的修正值，2#也以同樣的方法計算，具體的理論計算與實(shí)際校準比較如表4。
 
　　通過(guò)表4數據可以看出，在線(xiàn)性度較好的熱電偶傳感器選用內插法也是一種很好的方法。
4小結
　　上述所提出的熱電偶的檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)修正值的計算方法并不是一成不變的，由于受到傳感器的穩定性影響，在使用一段時(shí)間后電勢值會(huì )發(fā)生漂移，即使標定過(guò)的溫度點(diǎn)也會(huì )發(fā)生波動(dòng)，因此上述方法只適用于傳感器在標定后的短時(shí)間內使用，對于一些廉金屬熱電偶可以通過(guò)上述方法計算其他溫度點(diǎn)的修正值，減少因檢定點(diǎn)較多而額外增加的檢定費用。