熱電偶靜態(tài)測溫誤差和動(dòng)態(tài)響應

[摘要]熱電偶在應用中會(huì )出現波動(dòng)性的誤差,在測量中如果采用遮熱套和抽氣裝置可以降低其誤差的幅度，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現,誤差的動(dòng)態(tài)相應與抽氣逸度有關(guān),所以采用帶有遮熱套和抽氣.裝置的熱電偶精度較高。
一.熱電偶測量誤差的產(chǎn)生
1.測量操作的影響
　　測量中熱電偶的插入點(diǎn)選擇會(huì )影響其測量的準確性.生產(chǎn)工藝的差異會(huì )導致其測量對象溫度改規律不同.而測溫點(diǎn)應在恰當的位置進(jìn)行測量才能保證測量的精度.測溫元件熱電偶應安裝在測量值最能代表介質(zhì)溫度的位置.在半導體生產(chǎn)中，對高溫氧化設備溫度的測量就不能將其放置在容易產(chǎn)生振動(dòng)的位置其次插入的深度也會(huì )影響測量.熱電偶插人介質(zhì)時(shí)會(huì )產(chǎn)生熱流。當環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)就會(huì )影響傳感器上的熱量交換.進(jìn)而影響測量的溫度.這樣引起的熱傳導誤差.與插入介質(zhì)的深度有直接關(guān)系.而插人深度與保護管材的介質(zhì)有直接關(guān)系如果保護管的材料運行可以插入的深一些。
2.響應時(shí)間的干擾
　　熱電偶測量是一種非接觸的測量方式，其原理是測溫元件要與被測對象的熱平衡一致.所以在測量上需要一定的時(shí)問(wèn)，才能保證測量的準確性。而生產(chǎn)中溫度的改變是不可避免的.此時(shí)溫度的改變可能在瞬間完成.所以就要求傳感器的相應時(shí)間必須是毫秒級別，所以普通的溫度傳感器是不能用于對溫度改變的對象的測量.因為其容易在溫度改變時(shí)出現滯后.所以不能保證測量的精度最好的方式就是選擇快速傳感器.對熱電偶而言除了包含管影響外.熱電偶測最端的古徑也會(huì )影響測量效果.越細則效果越好響應時(shí)間也就越短:
3.熱量輻射的干擾
　　在測溫中介質(zhì)因為高溫會(huì )產(chǎn)生輻射,這樣的輻射對熱電偶血言公起到加熱的效果,假定測量介質(zhì)是透明的.而熱屯偶勺容器的溫差較大此時(shí)就會(huì )囚為能量的交換而導致測呈溫度的失準.
二.熱電偶靜態(tài)誤差模型與其應用
1.影響因素分析
　　綜合的分析來(lái)看,裸裝熱電偶受環(huán)境高,低溫熱源輻射和響應時(shí)間干擾的影響.很難獲得準確的測量結果。所以用于半導體行業(yè)擴散氧化設備的熱電偶.由于增加了遮熱套和防止高溫氣流波動(dòng)影響的石英套管.測量過(guò)程中誤差很小.測量精度比較高，但裸裝熱電偶用來(lái)直接測量氣體溫度時(shí)的誤差較大.加裝遮熱套后可以顯著(zhù)的降低測量溫度的誤差增加.但是仍不能利用假設條件來(lái)實(shí)現對測量的需求;同時(shí)增加對熱傳系數可以有效的改變誤差的程度.提高精度:且增加抽氣的速度或者賊少遮熱套的管徑都可以有效的增加熱流換熱系數.在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中.管徑對測量誤差的影響較為敏感。所以通常利用增加抽氣速度的方式來(lái)提高校正或者測試精度.再有管套的黑度對測量誤差的出現影響較小.材料選擇是可以不參考黑度的問(wèn)題。測量誤差的模型建立是一個(gè)氣流溫度的增函數.校正高溫氣體中裸偶溫度的時(shí)候利用高速抽氣可以提高精度;裸偶測控的情況.減少裸偶黑度、表面光潔度、增強保溫效果等也可降低誤差、帶有熱電偶高速抽氣裝置時(shí).測試部，位保溫對共影響也不大.可以不要采用保溫來(lái)提高精度.
2.熱電偶動(dòng)態(tài)模型建立
　　在生產(chǎn)過(guò)程中要測量溫度改變.就會(huì )產(chǎn)生溫度波動(dòng)。當氣流出現溫度改變的時(shí)候.在氣流中心的熱電偶測量頭回出觀(guān)滯后的情況.溫度讀出會(huì )滯后與溫度的變化速度.熱電偶遮熱套的溫度也會(huì )改變:此時(shí)需費利用熱電偶和遮熱套的畢渥準數滿(mǎn)足相關(guān)集總參數分析方法。將集總參數的研究方式代入到影響過(guò)程中的熱電偶測頭和遮熱套就會(huì )獲得能量守征的方程。其大小會(huì )受到熱電偶和遮熱套的密度、休積.熱比.血積等相關(guān)。
　　在抽氣熱也偶的工作中.溫度波動(dòng)會(huì )相對降低.基于微積分理論川以設熱電偶測頭對遮熱臺的熱輻射、遮熱套對測點(diǎn)內表面的輻射至于其溫度成一個(gè)線(xiàn)性的關(guān)系。這個(gè)線(xiàn)性關(guān)系分別與熱電偶測頭利隔熱套的時(shí)間常數.其人小表示這些參數對氣流的溫度變化影響最為直接.響應結束后熱電偶溫度和遮熱食的溫度即可利用相關(guān)方程水出。
三.相關(guān)應用分析
　　首先.要提高熱電偶的檢測準確性，就要選擇優(yōu)質(zhì)的熱電偶。就要控制熱電偶的劣化問(wèn)題:因為熱電偶的使用壽命常常與劣化有直接關(guān)系,而劣化就是在使用- .段時(shí)間后出現的老化現象c因為金屬和合金制作的熱電偶通常會(huì )在高溫下出現分子空原增加的情況，同時(shí)合金中會(huì )存在大量的雜質(zhì).其形狀也會(huì )因為溫度而改變，周?chē)h(huán)境中的氧化氣體會(huì )對其產(chǎn)生影響而出現反應:所以在使用中熱電偶的敏感程度會(huì )在長(cháng)時(shí)間的使用后而出現誤差.這時(shí)不可避免的,所以應及時(shí)的檢測并進(jìn)行更換，才能保證測量的精度。
　　其次,要關(guān)注熱電偶的使用壽命:在出現劣化的時(shí)候.其不是一個(gè)時(shí)間節點(diǎn), 而是一個(gè)變化過(guò)程.隨著(zhù)時(shí)間和和環(huán)境差異而持續出現。隨意應注意其改變而加以控制。不同的形式會(huì )出現不同的壽命極限如裝配式熱電偶,其通常配有保護管。所以在多數的測量場(chǎng)合下保護管會(huì )決定熱電偶的使用壽命。對熱電偶而言.要掌握其壽命規律必須在不同的應用環(huán)境中進(jìn)行經(jīng)驗積累，才能獲得準確數據:再如:鎧裝熱電偶.在使用中因為鎧裝的質(zhì)量而影響壽命.同時(shí)其在測量中容易出現分流誤差,通常K型要比s型更容易出現分流誤差:同時(shí)在材質(zhì)選定后.鎧裝熱電偶的直徑越大其壽命也越長(cháng).這些都是在應用中需要注意的。同時(shí)飽裝熱電偶同裝配式熱屯偶相比.雖有許多優(yōu)點(diǎn).但使用壽命往往低于裝配式熱電偶.
四.結束語(yǔ)
　　熱電偶在應用中會(huì )因為對氣沉速度與溫度的改變而出現測量上的滯后.由此出現誤差.導致在生產(chǎn)中出現控制失誤，而在研究中發(fā)現熱電偶的誤差與共測量的相對穩定性有關(guān).外對誤差與動(dòng)態(tài)響應研究中.發(fā)現利用遮熱套和抽氣方式可以降低其誤差.所以在實(shí)際生產(chǎn)中可以選擇重要工藝點(diǎn)來(lái)使用此類(lèi)裝置來(lái)實(shí)現精細控制.