工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價(jià)體系及注意

摘要:主要介紹了工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準評價(jià)體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評價(jià)項目和評價(jià)方法。最后結合日常檢測工作經(jīng)驗總結了工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價(jià)過(guò)程中的有關(guān)注意事項。
溫度計量是實(shí)現描述物體冷熱程度的物理量的準確可靠的活動(dòng)。熱電偶和熱電阻是溫度計量的兩個(gè)主要一次儀表，其中熱電偶主要用于高溫計量，是溫度測量主要元件之一。按照國家計量法規，熱電偶作為溫度計量器件，必須定期檢定。
　　熱電偶的溫度量值傳遞系統最終傳遞到工業(yè)熱電偶，工業(yè)熱電偶是廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)和科研等部門(mén)的重要溫度計量?jì)x器。工業(yè)熱電偶是通過(guò)兩種不同導體間在兩端不同溫度下產(chǎn)生熱電勢，再由補償導線(xiàn)傳送到顯示儀表，顯示儀表根據電勢大小最終顯示出被測溫度。
　　工業(yè)熱電偶的各項技術(shù)指標是否符合相應的標準要求，是計量行業(yè)，熱電偶生產(chǎn)廠(chǎng)商以及工業(yè)熱電偶的使用方所關(guān)注的焦點(diǎn)。因為熱電偶的技術(shù)指標高低，直接影響其相應的性能，生產(chǎn)效率高低以及所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量?jì)?yōu)劣。因此，對工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準進(jìn)行評價(jià)，是很有必要的。
1工業(yè)熱電偶的分類(lèi)
工業(yè)熱電偶按照其結構可分為兩類(lèi):
1.1普通工業(yè)熱電偶
　　普通工業(yè)熱電偶由接線(xiàn)盒、感溫元件和保護管組成,主要用于測量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。普通工業(yè)熱電偶的計量檢定依據為JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》。
1.2鎧裝熱電偶
　　鎧裝熱電偶是將熱電極，絕緣材料連同保護套--起拉制成型的。鎧裝熱電偶的校準依據為:JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準規范》。
2普通工業(yè)熱電偶的評價(jià)項目和評價(jià)方法
2.1外觀(guān)
　　熱電偶的外觀(guān)應符合下列要求:
(1)熱電極測量端的焊接應光滑、牢固、無(wú)氣孔和.夾灰等缺陷，無(wú)殘留助焊劑等污物;各部分的裝配正確,連接可靠，零件無(wú)損缺;
(2)各部分的裝配正確，連接可靠，零件無(wú)損缺;
(3)無(wú)斷路、短路;
(4)保護管內無(wú)殘留污物及金屬廢屑;
(5)在恰當部位正確地表明極性;
(6)外表涂層均勻、牢固;
(7)無(wú)顯著(zhù)銹蝕和凹痕、劃痕。.
　　熱電偶的外觀(guān)檢查通過(guò)目測和千分尺等來(lái)完成。
2.2允差
　　熱電偶的允差應符合GB/T16839.2-1997的規定。對于貴金屬工業(yè)熱電偶的允差檢測前，應先進(jìn)行清洗和退火。具體步驟應參考JJG141-2013中的相關(guān)內容進(jìn)行。經(jīng)清洗后若外觀(guān)仍有發(fā)黑、腐蝕斑點(diǎn)和明顯的粗細不均勻等缺陷時(shí)，作不合格處理。
2.3熱響應時(shí)間
　　熱電偶的熱響應時(shí)間應符合制造廠(chǎng)在使用說(shuō)明書(shū)上提供的數據。
影響熱電偶響應時(shí)間的因素有:
(1)熱電偶的結構、尺寸。熱電極、保護管的直徑愈粗惰性也愈大。這樣熱電偶達到穩定的時(shí)間就愈長(cháng)，即響應時(shí)間長(cháng)。
(2)材料不同，導熱性能也不同。如金屬保護管比瓷保護管導熱好,熱惰性小，熱電偶達到穩定的時(shí)間就短，即響應時(shí)間短。.
(3)響應時(shí)間還隨工作狀況的變化而不同，就是說(shuō)相同結構的熱電偶，在不同的熱交換條件下，其響應時(shí)間是不同的。
2.4常溫絕緣電阻
2.5.上限溫度絕緣電阻
2.6熱電動(dòng)勢穩定性
　　熱電偶(允差等級為3級的T，E,K,N型除外)應置于制造廠(chǎng)規定的上限溫度維持250h,試驗前后最高檢驗溫度點(diǎn)熱電動(dòng)勢的變化量(換算成溫度的變化量)應不超過(guò)JB/T9238-1999《工業(yè)熱電偶技術(shù)條件》)的規定。
2.7運輸基本環(huán)境條件
　　熱電偶應能經(jīng)受JB/T9329-1999規定的碰撞和自由跌落試驗。
2.8標志及使用說(shuō)明書(shū)
　　熱電偶的銘牌或出廠(chǎng)合格證明書(shū)上應注明的信息有:型號;規格:分度號;適用溫度范圍;允差等級;保護管材料;商標或制造廠(chǎng)名和出廠(chǎng)日期。
　　使用說(shuō)明書(shū)中應提供的信息有:分度表熱響應時(shí)間;適用環(huán)境;一般適用方法和特殊的技術(shù)條件。
　　工業(yè)熱電偶的8個(gè)評價(jià)項目中，除允差項目需將熱電極組件從保護管中去除后檢測，其他7項均需帶保護管進(jìn)行檢測。
3鎧裝熱電偶的評價(jià)項目和評價(jià)方法
3.1尺寸.
　　鎧裝熱電偶測量端起在5倍于外徑的長(cháng)度內，熱電偶的外徑允差應符合GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的規定。
3.2熱電動(dòng)勢
　　熱電動(dòng)勢項目是評價(jià)鎧裝熱電偶性能的最重要項目。鎧裝熱電偶的熱電動(dòng)勢應符合GB/T16839.1-1997和CB/T16839.2-1997的規定。
3.3絕緣電阻
　　由于鎧裝熱電偶絕緣材料采用氧化鎂、氧化鋁等，這些材料都有吸濕性(尤其氧化鎂吸濕性大)，吸水后會(huì )引起絕緣電阻降低，電阻值低，絕緣不好，將會(huì )短路,使熱電勢產(chǎn)生分流現象，引起測量誤差，甚至無(wú)法測量(示值波動(dòng)大)。
　　通過(guò)對絕緣型鎧裝偶常溫絕緣電阻的測量，可判斷鎧裝偶的質(zhì)量，相同長(cháng)度的鎧裝偶直徑越小電阻越大,直徑越大電阻越小。
　　鎧裝熱電偶的絕緣電阻應在偶絲與套管之間進(jìn)行測量。對于絕緣型鎧裝偶有一對熱電極的，測量熱電極與套管之間的常溫絕緣電阻，如果有一對以上熱電極的，不僅測量熱電極與套管之間，還要測量每對熱電極之間的常溫絕緣電阻。
　　在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測量時(shí),樣品長(cháng)度、試驗溫度和絕緣電阻值應滿(mǎn)足GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的要求，環(huán)境的相對濕度不大于80%。.
3.4電連續性
　　對于絕緣型的鎧裝偶應對其進(jìn)行電連續性的非定量檢驗。
3.5極性
　　鎧裝偶的每個(gè)熱電極應按照IEC60584-3第二部分中的規定標明極性。
3.6焊接封頭密封性
　　對于絕緣型熱電偶采用水淬試驗，其他類(lèi)型鎧裝偶采用氮氣壓力試驗或液氮試驗來(lái)確認鎧裝偶的焊接封頭密封性。
3.7標志
　　每只鎧裝偶應有標簽或標志，應標志生產(chǎn)廠(chǎng)家或供應商的名稱(chēng)及以下內同:標稱(chēng)外徑;標稱(chēng)長(cháng)度;熱電偶型號;套管類(lèi)型和允差等級。
4工業(yè)熱電偶的評價(jià)過(guò)程中應注意的問(wèn)題
4.1鎧裝熱電偶常溫絕緣電阻的測量
　　測量鎧裝熱電偶的常溫絕緣電阻時(shí)，應根據鎧裝偶的直徑選擇不同的絕緣電阻測量?jì)x器。
4.2鎧裝熱電偶熱電勢檢測溫度點(diǎn)的確定
　　鎧裝熱電偶熱電勢項目的檢測溫度點(diǎn)的選擇，可根據鎧裝偶的直徑選擇校準溫度點(diǎn)，原則上應選擇不少于3個(gè)溫度點(diǎn)。
4.3工業(yè)熱電偶參考端的連接方式
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時(shí)，要使熱電偶參考端為0℃。目前國內有些部門(mén)使用熱電偶自動(dòng)檢測系統。為了操作方便，熱電偶參考端補償，使用鉑電阻、銅電阻等測量環(huán)境溫度，補正熱電勢，給測量結果帶來(lái)誤差。
主要原因有兩點(diǎn):
(1)如果熱電偶參考端不為0℃,其參考端溫度和其靠近的環(huán)境溫度是有區別的，特別是校準粗短的熱電偶，由于熱電極熱傳導的影響，末端的溫度要高于鄰近
的溫度。這樣使用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測量環(huán)境溫度，只反映環(huán)境溫度的變化，不能真正地反映熱電偶參考端(熱電極末端)溫度的變化(標.準溫度計或溫度傳感器放置位置的遠、近也會(huì )帶來(lái)不同程度的誤差)。
(2)用標準溫度計或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測量熱電偶參考端溫度，將測得的環(huán)境溫度用分度表的值進(jìn)行換算，得到一個(gè)計算的補正熱電勢，對熱電偶進(jìn)行熱電勢補正。但是每支熱電偶(接同--型號補償導線(xiàn))有各自的熱電特性。在此環(huán)境溫度下，熱電偶參考端熱電勢與計算(標準化)的熱電勢是不同的。所以，對熱電偶進(jìn)行模式化的補正，不能真實(shí)地反映被校熱電偶的熱電特性。
　　上述熱電偶參考端的測量和熱電勢補正的方法，都會(huì )給校準結果帶來(lái)誤差(能達到1℃)。所以，熱電偶參.考端應為0℃。如果參考端插人冰點(diǎn)恒溫器較困難，要采用加修正值的補償導線(xiàn)作為連線(xiàn)(補償導線(xiàn)兩極組成的熱電偶，其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同，能消除熱電偶參:考端溫度變化的影響)，使熱電偶參考端遠離熱源，再使信號輸出端為0℃。
4.4補償導線(xiàn)的連接
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時(shí)，若使用補償導線(xiàn),切勿將其極性接反，否則測量結果會(huì )因此產(chǎn)生兩倍環(huán)境溫度的電勢值的誤差。
4.5恒溫時(shí)間
　　鎧裝熱電偶熱電勢項目檢測時(shí)，使用管式爐內加裝均溫塊進(jìn)行檢測，達到設定溫度后，恒溫至達到熱平衡。較粗的鎧裝偶恒溫時(shí)間要長(cháng)-些,有可能標準器穩定了，但被校鎧裝偶示值還在波動(dòng)。
　　檢測時(shí)，若發(fā)現某一根鎧裝熱電偶電纜或幾根電纜的熱電勢極不穩定,甚至可以看到數字多用表上的0.1mV數位都漂浮不定，導致無(wú)法讀取數據。這種情況應終止檢測工作，將其中一根熱電勢波動(dòng)很大的鎧裝熱電偶電纜單獨進(jìn)行檢測，若檢測結果正常則是由于電纜的圈數多，升溫過(guò)程中電磁感應造成的;若仍然波動(dòng)很大，則應根據以上現象和鎧裝熱電偶電纜生產(chǎn)工藝特點(diǎn)綜合分析，查找原因。
4.6補償導線(xiàn)修正值的使用
　　工業(yè)熱電偶熱電勢項目檢測時(shí)，如果接補償導線(xiàn)，數據計算時(shí)，注意加修正值。
4.7新制鎧裝熱電偶，檢測前不進(jìn)行退火
　　在鎧裝熱電偶的相關(guān)標準中，規定新制鎧裝偶退火后再進(jìn)行示值的校準。針對這個(gè)問(wèn)題，選取了不同型號鎧裝偶，在不同的校準溫度點(diǎn)進(jìn)行了退火前、后(一次、二次退火)示值的大量試驗，無(wú)論是第一-次退火還是第二次退火的示值與退火前的示值比較，最大相差約是允差的十分之--。通過(guò)試驗結果表明，如果偶絲材料出廠(chǎng)前能充分的退火,新制鎧裝偶退火與否對校準結果影響很小。所以，新制鎧裝熱電偶可略去檢測前退火的工作。
5結語(yǔ)
　　主要介紹了工業(yè)熱電偶的分類(lèi);工業(yè)熱電偶的技術(shù)標準評價(jià)體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評價(jià)項目和評價(jià)方法。最后結合日常檢測工作經(jīng)驗總結了工業(yè)熱電偶技術(shù)標準評價(jià)過(guò)程中的有關(guān)注意事項，對工業(yè)熱電偶檢測以及工業(yè)熱電偶行業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提高具有重要意義。