熱電偶計量校準中的技術(shù)問(wèn)題

摘要:熱電偶溫度計因其測溫正確性高，響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。常見(jiàn)的熱電偶類(lèi)型有K型、T型、E型、S型等。對于不同類(lèi)型的熱電偶有不同的適用場(chǎng)景和測溫范圍。主要闡述在實(shí)際計量校準過(guò)程中遇到的一些技術(shù)問(wèn)題，諸如對熱電偶外殼絕緣層的選擇，熱電偶的養護，正確的接線(xiàn)，盡可能提高其使用壽命，提高測溫正確性等。對于熱電偶如何選擇，在平時(shí)的工作中如何規范使用，在計量校準過(guò)程中需要注意的事項，盡可能減小測量誤差等問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。
0引言
　　熱電偶是由兩種不同材料的導體成為兩個(gè)電極,將其兩個(gè)電極一端焊接在-起形成測量端，在進(jìn)行測溫時(shí)放置于被測溫度場(chǎng)中，另一端為參考端，測量時(shí)置于恒定溫場(chǎng)中?；谌惪诵?，利用溫度與熱電動(dòng)勢的線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行測溫。常用的熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)、T型(銅-鎳銅)、E型(鎳鉻-銅鎳)等熱電偶具有測溫范圍廣，響應速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)域。在250°C以下及負溫建議使用T型熱電偶，因其在低溫段穩定且精度高。低于400°C建議使用E型熱電偶，經(jīng)常用于供電等領(lǐng)域。在1000°C以下建議使用K型熱電偶，K型熱電偶測溫范圍廣,應用廣泛，經(jīng)常與數字溫度表配套使用。
　　熱電偶的選擇比如類(lèi)型的選擇，外殼絕緣層材質(zhì)的選擇以及熱電偶粗細的選擇。對于補償導線(xiàn)的正確使用方法及注意事項。熱電偶布放位置.的考量以及熱電偶作為耗材在平時(shí)需要注意養護的問(wèn)題。熱電偶在計量校準過(guò)程中遇到的一些技術(shù)問(wèn)題以及提出相應的解決辦法。
1計量和使用熱電偶出現的問(wèn)題
1.1熱電偶外殼絕緣層的材質(zhì)
　　熱電偶在測溫時(shí)，除測量端外，熱電極之間和連接導線(xiàn)之間要求有良好的電絕緣，否則會(huì )出現熱電勢.損耗而產(chǎn)生測量誤差。常用的絕緣材料有:鐵氟龍材料、硅膠材料、橡膠材料、玻璃纖維、碳纖維、棉線(xiàn)等。像硅膠材料，橡膠材料一般耐高溫在200°C左右。溫度過(guò)高會(huì )導致絕緣層熔化。在使用過(guò)程中并沒(méi)有注意到絕緣層材質(zhì)對溫度范圍有嚴苛要求,導致熱電偶使用一次便不能再次測量了，造成了一定程度的損耗。對于棉線(xiàn)材質(zhì)的熱電偶，其可以耐高溫至一千多度，可用于箱式電阻爐等設備的測溫儀器，亦可作計量電阻爐的標準器。但經(jīng)歷過(guò)高溫后，外層棉線(xiàn)也會(huì )損耗，因此測量高溫段的熱電偶是耗材，很難進(jìn)行二次使用。
1.2補償導線(xiàn)
　　在《JJF 1637-2017廉金屬熱電偶校準規范》里有提到補償導線(xiàn)的相關(guān)內容。補償導線(xiàn)用于延伸熱電極即移動(dòng)熱電偶的冷端，與顯示儀表聯(lián)接構成測溫系.統。補償導線(xiàn)是在--定溫度范圍內熱電偶的廉價(jià)替代,且不同的熱電偶類(lèi)型匹配不同的補償導線(xiàn)。接線(xiàn)方式也非常重要，如果接反熱電偶的補償導線(xiàn)，則會(huì )出現測量誤差。
1.3熱電偶的選擇問(wèn)題
　　對于不同種類(lèi)型熱電偶的選擇，在引言中已有大致描述，在選擇熱電偶上有時(shí)會(huì )存在誤區，認為K型熱電偶是萬(wàn)能的，測量正確性也是最高的，其實(shí)不然，在不同的溫度條件及環(huán)境條件需要選擇不同種類(lèi)的熱電偶。對于K型熱電偶，也會(huì )有粗細之分，測量箱式電阻爐等大于600°C的儀器設備時(shí),需要較粗的熱電偶絲，溫度不是很高時(shí)，選擇較細的熱電偶絲即可。在選擇熱電偶粗細時(shí)也會(huì )出現問(wèn)題，導致使用一次就失效的情況。
1.4熱電偶的布放位置問(wèn)題10.8.93
　　首先需要考慮安裝熱電偶時(shí)周?chē)欠裼袕婋妶?chǎng)及強磁場(chǎng)。有時(shí)會(huì )出現誤操作，諸如將熱電偶和動(dòng)力電纜裝在同一根導管內，這將影響測量正確性。且盡可能不要布放在強腐蝕環(huán)境下，積灰積垢，生銹腐蝕等問(wèn)題會(huì )縮短熱電偶使用壽命。對于貼片型熱電偶，若布放不恰當，會(huì )導致讀不出數等問(wèn)題。
1. 5計量校準熱電偶時(shí)的技術(shù)問(wèn)題
　　在計量校準熱電偶的過(guò)程中，有時(shí)會(huì )出現讀數漂移的情況，數據不太穩定，上下浮動(dòng)大。若熱電偶與數字溫度表匹配計量校準，則比較穩定，測量熱電動(dòng)勢則會(huì )比較不穩定。對于計量校準過(guò)程中出現的測量誤差，需要綜合考慮多方面因素，比如操作人員是否操作得當，被測溫度環(huán)境是否符合要求等等。
2對熱電偶計量和使用提出相應的解決方案
2.1注意熱電偶絕緣層的選擇
　　熱電偶屬于耗材，在平時(shí)使用不當會(huì )容易損耗,降低使用頻次。不論在計量校準過(guò)程中，還是平時(shí)的使用過(guò)程中，首先需要確定被測的溫度范圍，選用合適型號的熱電偶及選用正確的絕緣層材質(zhì)。對于測量高溫(大于200°C)時(shí)，硅膠材料,橡膠材料的絕緣層已.經(jīng)不再合適,而是應該選擇玻璃纖維,棉線(xiàn)等的材質(zhì)。.
2.2熱電偶平時(shí)的保養
　　另外熱電偶平時(shí)的保養也非常重要。在不用熱電偶測溫時(shí),需將熱電偶置于適宜的環(huán)境溫度、濕度下。且若熱電偶線(xiàn)很長(cháng)，不可隨意彎折，應該繞圈放置。將熱電偶線(xiàn)分為三大組,編成麻花狀，熱電偶線(xiàn)長(cháng)度5米，且平時(shí)很少使用，.幾乎一年使用一次。且將熱電偶在不用的時(shí)候放置于高濕度的環(huán)境下。在筆者計量校準的過(guò)程中，約150°C時(shí)，外部絕緣層已經(jīng)變色且脫落，內部熱電偶絲暴露于環(huán)境中，且因長(cháng)時(shí)間不用導致金屬絲變脆，遇到高溫出現斷裂。
　　因此熱電偶的保養是非常關(guān)鍵的，在不用的時(shí)候要將其合理安置，避免出現長(cháng)時(shí)間不用絕緣層，兩電極損壞的情況。
2.3補償導線(xiàn)的正確使用
　　對于不同種類(lèi)型的熱電偶需要匹配不同種的補償導線(xiàn)，若補償導線(xiàn)選擇錯誤，會(huì )出現相應的測量誤差。接線(xiàn)時(shí)的連接位置也很重要，補償導線(xiàn)與熱電偶接線(xiàn)柱位置越近越好，可以盡量減小測量誤差，且補償導線(xiàn)布放位置盡量遠離干擾源，對于干擾源較多的場(chǎng)合，可以使用屏蔽補償導線(xiàn)。當然，在安裝熱電偶的時(shí)候還是需要盡可能避開(kāi)強磁場(chǎng)和強電場(chǎng)。補償導線(xiàn)與儀表連接時(shí)，兩對連接點(diǎn)需要處于相同的溫度場(chǎng)內，正負極不能反接。
　　補償導線(xiàn)作為熱電偶的延長(cháng)段，是熱電偶的廉價(jià)替代品，在一定溫度范圍內具有相同的熱電特性。如果兩電極接反，不但會(huì )失去補償導線(xiàn)的作用，甚至會(huì )起到反作用，這是因為反接會(huì )抵消熱電偶本身的熱電動(dòng)勢，使得儀表端測量時(shí)溫度指示會(huì )偏低。
補償導線(xiàn)需要具備的特點(diǎn)有:熱電特性穩定，彎曲性能好，包覆層材料穩定可靠，具有耐低溫和耐高溫的特性，電絕緣性能好，抗干擾能力強，使用壽命長(cháng)。要根據所配儀表的不同選擇補償導線(xiàn)的線(xiàn)徑。線(xiàn)路較長(cháng)的熱電偶，需要采用較粗的補償導線(xiàn)，便于安裝和鋪設。
2.4熱電偶的正確選擇
對于熱電偶的選擇非常重要,E型熱電偶被廣泛用于電力行業(yè)，因其測量穩定性強，精度高等優(yōu)勢。對于大部分與數字溫度表匹配的熱電偶--般選擇K型。同是K型熱電偶，也會(huì )有粗細之分，在計量測量高溫諸如箱式電阻爐時(shí)，需要用粗的熱電偶線(xiàn)，保證其高溫也可穩定測量不會(huì )很快損耗。對于溫度要求不嚴苛的情況下，用較細的熱電偶絲即可。筆者遇到客戶(hù)送檢的毛發(fā)粗細的熱電偶絲，易損耗。一般測量一個(gè)溫度點(diǎn)，外面絕緣層就會(huì )失效，在-80°C條件下，由于兩電極焊接不牢固導致分離，熱電偶絲又非常細，無(wú)法手動(dòng)將兩電極接在一起。因此測量低溫及200°C以上高溫段時(shí)，建議不要使用細的熱電偶絲，容易損壞。
2.5熱電偶的正確布放
　　對于熱電偶而言，布放位置直接影響了測量誤差的大小。布放位置需要避免干擾源，盡可能避免布放在惡劣環(huán)境中，比如強酸、強堿、強腐蝕的環(huán)境。因為熱電偶的兩個(gè)電極是金屬材質(zhì)，對于一些經(jīng)常放置于腐蝕性環(huán)境的情況下，需要及時(shí)的更換熱電偶.有的熱電偶表面都是鐵銹，長(cháng)時(shí)間的積灰積垢會(huì )導致測量誤差偏高標準值很多。若對溫度要求很高，這樣在現場(chǎng)的溫度監測中便失去了意義。值得一提的是對于貼片型熱電偶。計量過(guò)貼片型的熱電偶，其布放位置比較考究，因為溫度傳感器需要緊緊貼合被測物體表面，且要考慮散熱問(wèn)題，這對溫度測量的正確性提出了很高的要求。
2.6熱電偶的計量校準
　　在熱電偶的計量校準過(guò)程中，需要嚴格參照《JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準規范》、《JJF 1262-2010鎧裝熱電偶校準規范》或相應規程規范要求。選擇適合的標準器，提供穩定的溫度場(chǎng)。對于熱電偶的浸沒(méi)深度也需要注意，若溫度傳感器的測溫端不在均勻的溫場(chǎng)內，則會(huì )影響校準的正確性。
　　有時(shí)會(huì )因為熱電偶比較短，導致無(wú)法滿(mǎn)足浸沒(méi)深度的要求，可以考慮更換標準器或將熱電偶的兩電極與同類(lèi)型熱電偶對應電極相接，來(lái)延長(cháng)熱電偶的長(cháng)度。其次需要等到穩定才可讀數。對于測量誤差大的熱電偶首先考慮是否操作不當或溫度場(chǎng)均勻性波動(dòng)性不達標，再仔細觀(guān)察熱電偶是否腐蝕嚴重導致誤差存在。對于貼片型熱電偶的計量，有時(shí)將其置于溫度場(chǎng)內可能出現斷路無(wú)法讀數的情況。此時(shí)需要給貼片熱電偶施加一定的壓力讓兩電極緊密的貼合在一起才可正常計量校準。
3總結
　　熱電偶具有測量范團廣，精度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應用于工業(yè)領(lǐng)城中。然而在使用熱電偶過(guò)程中會(huì )出現一定問(wèn)題導致測量誤差的出現。在計量校準熱電偶過(guò)程中出現的問(wèn)題井提出相應的解決方案，選擇正確型號的熱電偶及掌握正確使用方法，盡可能的降低測量誤差。
　　在平時(shí)的使用過(guò)程中需要注意選擇熱電偶的絕緣層材質(zhì)，在平時(shí)不用熱電偶進(jìn)行測溫時(shí)，需要注意保養熱電偶。熱電偶屬于耗材，合理的使用和保養