热电偶测温误差分析及解决办法

热电偶测温误差分析和解决方法点击次数: 268发表时间: 2014-8-3

摘要:现代化生产装置通常采用热电偶或热电阻测量温度，与热电阻相比，热电偶具有热敏元件测量温度范围宽、能在- 270℃~ 2800℃的宽温度范围内测量、性能稳定、准确可靠、结构简单、热惯性小、动态响应快等优点。 因此，工业生产中广泛采用热电偶测量温度。 热电偶具有以上优点，但在使用过程中会受多种因素的影响而产生测量误差。 热电偶是工业生产中广泛使用的接触式测温元件。 熟悉其工作原理，掌握和分析测温误差的原因，大大提高了温度测量的准确性。 避免生产中不必要的损失。 本文结合生产装置的一个温度测量电路介绍，分析测量误差的原因，提出解决方法，供参考。

另一方面，热电偶测温的基本原理是将两种不同材料的导体或半导体a和b连接起来，构成一个闭合电路，构成热电偶。 如图1所示。 温度t端为测量端，温度t0端为测量端，仪表端称为基准端或冷端。当导体a和b的两个执着点t和t0之间存在温度差时，在电路中产生电动势EAB(t，t0)，电流流过电路的现象称为热电效应。 这个电动势被称为热电势，热电偶利用这个效果发挥作用。 热电势的大小与t和t0之差的大小有关，在已知热电偶的两个热电电极材料的情况下，根据热电偶电路的热电势的分布理论，热电偶两端的热电势与EAB(t，t0)=EAB(t)-EAB(t0)式中的EAB(t， t0)-热电偶的热电势EAB(t)-温度为t时的动作端的热电势EAB(t0)-温度为t0时的冷端的热电势。 由上式可知！ 当工作目的地的被测定介质的温度变化时，热电电势变化，因此测定EAB(t，t0)，如果知道EAB(t0)，则得到EAB(t )，如果向显示计发送热电电势进行指示或记录，或者向微机发送进行处理，则能够得到测定目的地温度t的值。

二、使用误差分析

1 .绝缘变差导入的误差热电偶使用一段时间后，保护管和配线板的污垢和盐渣过多，热电偶极间和炉壁间的绝缘变差，在高温下变得更加严重，不仅会引起热电势的损失，还会导入噪声，由此引起的误差可能达到百度。 2 .导入了热失活的误差热电偶的测温过程实际上是热电偶和被测定介质之间的热交换过程，需要一定的时间达到热平衡，由于热电偶的热失活导致仪表的指示值滞后于被测定温度的变化，因此在进行快速测定时该影响特别显着。 尽量采用热电极细、保护管直径小的热电偶。 如果允许测温环境，也可以拆下保护管。 由于存在测量延迟，热电偶检测出的温度变动的振幅比炉温变动的振幅小。 测量滞后越大，热电偶的波动振幅越小，与实际炉温的差也越大。 用时间常数大的热电偶测温或控制温度时，仪表显示的温度变动小，但实际炉子的温度变动可能大。 为了准确测量温度，请选择时间常数小的热电偶。 时间常数与传热系数成反比，与热电偶的热端直径、材料密度和比热成正比，为了减小时间常数，除了增加传热系数以外，zui尽量减小热端的尺寸是有效的。 使用中，通常采用热传导性好的材料，管壁薄，内径小的保护套，如高灵敏度的护套热电偶，采用变径技术的小惰性热电偶产品。 在较精密的温度测量中，使用的是没有保护套的裸线热电偶，但热电偶容易破损，请立即进行校正更换。 3 .有热阻误差的高温炉使用煤和焦油作为燃料，时间一长保护管上就会堆积煤灰，如果焦炭附着灰尘，热阻就会增加，阻碍热的传导。 这种情况下，温度显示值比被测定温度的真实值低。 因此，应保持热电偶保护管的外部清洁。 三、热电偶测温计的测量误差主要有以下几种情况。 由于热电偶的材料成分不能严格满足要求的再现和均匀性等原因，热电偶的分度误差使热电偶的热电特性中实际的喜欢电位与标准分度略有不同。 2 .由于补偿导线和热电偶的热电特性不完全相同而产生的误差各种热电偶补偿导线的允许误差范围如下:白金热电偶<； O.03℃镍栅-镍硅热电偶<； O.15℃镍铬-铜热电偶<； 0.15℃ 3 .冷端温度变化引起的误差冷端灰度补偿使用补偿桥时，热电偶的电位特性和产生补偿桥的电位仅在设计点的20℃或50℃完全补偿，其他温度在热电偶特性的非线性上不完全一致，因此产生一定的误差。 其他方法的冷端补偿是由于测量仪器或其他原因造成误差4 .热电极的变质，例如应力分布、氧化等，出厂后热电偶的性能发生变化而产生的误差。 5 .使用绝缘不良引起的误差热电偶时，请注意两热电偶的电极间以及地线间的绝缘。 否则，电位下降会影响测量精度。

三、解决办法1 .热电偶的基本误差:误差是热电偶本身固有的，也包括上述极标准的传递误差。 解决方法:通过检定检查的方法将温度控制在允许偏差范围内，或通过实际测温修正热电偶的偏差，可以得到真正的温度。 热电偶材料不均匀性引起的误差:该误差与材料不均匀性相关的温度变化越大，热电偶各点的温度差越大，材料不均匀性的影响也越大。 解决方法:用退火的方法可以削弱，但不能完全消除。 2 .测量仪表误差:该误差的大小由仪表的精度等级决定。 解决方法:定期检定，保证仪表等级。 3 .动态误差:温度变化后，测温计不能立即指出变化的温度，引起读取误差。 热电偶时间常数的大小是决定动态误差大小的主要因素。 解决方法:对于快速变化的温度，由于测温元件的热浸润性，动态误差可能会变大，因此应采用小的惯性热电偶，或者选择采样率高的仪表进行解决。 用热传导性好的材料做保护管，管壁薄，内径小。 减小保护管和热电偶测量端之间的气隙。 增加测量端介质的流速，加速对流传热。 4 .绝缘不良引起的误差:使用热电偶时若两热电极间及大地之间没有良好的绝缘，则有热电势损失，直接影响测量结果的准确性，严重时会影响仪表的正常运行。 解决方法:将热电偶的导线与铁管连接，将铁管接地。 由于热电偶悬浮在空中，所以热电偶不与炉壁的耐火砖接触。 将基准端接地，经由电容足够大的电容器将该基准端接地到热电偶(或补偿导线)的输出端的一端。 屏蔽时，通过金属屏蔽将泄漏的电流直接接地，防止流入测量电路，可消除干扰误差。 5 .热交换引起的误差。 热电偶测温时，存在复杂的换热过程。 由于温度反复传递，因而测定端的温度与被测定介质的温度不完全一致，因而产生测定误差。 克服方法有确定和修正传递误差大小的方法。 二是采取措施将传热误差减少到允许范围内。 6 .辐射误差的解决方法:在管壁外敷设隔热层，减小管壁与被测介质的温度差。 减小保护管的外径以及保护管、热电极的黑度(辐射)系数。 在热电偶管壁之间安装防辐射罩，减少之间的直接辐射。 增加被测定介质在热电偶测定端流动的流速，增加对流传热。 7 .不正确安装误差:热电偶安装是否合理，对测量结果有重要影响。 解决方法:热电偶实际上处于能代表被测介质温度的地方。 热电偶需要足够的插入深度，一般为热电偶保护管外径的8~10倍以上。 防止热损失。 保护管露出外部应尽量短，加保温层。 被测介质有负压时，热电偶的安装必须严格密封，以免外部空气影响测量的准确性。 请尽量避免热源、强磁场、电场的干扰。 8 .现场使用引入的测量误差。 如果基准端温度过高，则导入的测定误差基准端温度过高，测定误差分析补偿导线处于(0~100)℃的范围内，因此补偿导线的热电特性与热电偶的热电特性相同。 超过该温度范围时，补偿导线和热电偶的热电特性大不相同，因此会产生测量误差。 解决方法:热电偶保护管与炉壁之间的间隙用绝热物堵塞，避免炉温的热辐射，将基准端保持在100℃以内。 9 .将导线和热电偶相反导入的测量误差进行补偿的热电偶和补偿导线的极性相反，测量误差分析的补偿导线有正和负的区别，相反没有补偿作用，产生更大的误差。 根据中间温度法则，如图所示正确设计的热电势e总是e总=E(T，TA)+E(TA，t0) 1100000006 t0) 00000653解决方法:正确连接补偿导线。 9导线与热电偶的形式不一致时，补偿导入的测量误差的补偿导线和导入了热电偶形式不一致的测量误差分析补偿导线，在基准端温度和﹙0~100﹚℃的范围内，与配电的热电偶的热电特性相同。 000000000006 e1( t，ta)=e '总-E2(TA，T0)如果补偿导线不符合热电偶形式，则会导致较大的测量误差。 解决方法:使用与热电偶的热电特性相同的补偿导线进行连接。 10 .不使用补偿导线导入的测量误差不使用补偿导线导入的温度测量误差分析:根据均质导体和中间温度的规律。 这是因为与(与性质导体接触而不产生热电势)的图式不像E(T，T0)=E(T，TA)+E(TA，T0)那样补偿引线热电势E(T，TA)=E(TA，TO )。 e '总= E(T，T0) E (T，T0)=E(TA，TO )解决方法:用同形式的补偿导线与热电偶连接。 四、结束语热电偶测温误差除了上述原因以外，其他因素也影响测定，例如补偿引线的极性的影响，显示基准端温度的影响，显示仪表和DCS自身的影响等，从维护的观点出发，只要介质温度不太高，就必须尽量使用热阻来测定温度，热阻与引线 因此，设计时测温元件的选择也很重要。 也就是说，无论采用什么样的测温元件，正确把握热电偶的测温原理，正确分析误差产生的原因，对于仪表维护人员来说都是不可或缺的。