影响热电偶测量误差的主要因素是什么

温度测温系统中常用于zui的温度传感器热电偶，但现场认为热电偶的2根线结构简单，如果热电偶在使用前未进行测试或正确使用，在现场使用时会产生各种问题。 例如，安装和不适当的使用会引起较大的测量误差，检定合格的热电偶也不适当，使用时不合格，在渗碳等还原性气氛中，不注意的话，k型热电偶也会因选择氧化而极端恶化。 为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶的寿命，使用者不仅要求具备仪表面的操作技能，还要求具备物理、化学、材料等多方面的知识。 热电偶在温度测量中承担着不可或缺的作用，作为影响测量误差的主要原因，1、插入深度的影响(1)测温点的选择热电偶的安装位置，即测温点的选择是zui很重要的。 测温点的位置在生产过程中必须是典型的、非典型的，否则会丧失测量和控制的意义。 (2)插入深度热电偶插入被测量场所后，沿传感器的长度方向产生热流。 环境温度低的话会有热损失。 热电偶与被测量对象的温度不一致，产生测温误差。 也就是说，热传导引起的误差与插入深度有关。 插入深度与保护管的材质有关。 金属保护管热传导性好，插入深度深(直径的1520倍左右)，陶瓷材料绝热性好，可以插入浅(直径的10-15倍左右)。 关于工程的测温，其插入深度也与测量对象静止或流动等状态有关。 例如，流动的液体和高速气流的温度的测定不受上述限制。 插入深度可以很浅。 具体数值应由实验决定。 2 .响应时间的影响接触法测温的基本原理是测温元件与被测量者达到热平衡。 因此，测温时需要保持一定的时间，使两者达到热平衡。 保持时间的长度与测温元件的热响应时间有关。 热响应时间主要根据传感器的结构和测量条件而有很大差异。 对于气体介质，特别是静止气体，在为了取得平衡必须保持至少30min以上的液体中，zui也立即变成5min以上。 对于温度不断变化的被测场所，特别是瞬间变化的过程，全过程要求仅为1秒，传感器的响应时间要求为毫秒水平。 因此，一般的温度传感器不仅会使被测定对象的温度变化速度产生延迟，还会因未达到热平衡而产生测定误差。 zui最好选择响应快的传感器。 对热电偶来说，除保护管的影响外，热电偶的测量端径也是其主要因素，偶数线越细，测量端径越小，热响应时间越短。 测温元件的热响应误差可通过下式求出[1]。 由于Δθ=Δθ0exp(-t/τ)(21 )式中的t测定时间s、δθ为t时刻、测温元件的误差、k或℃Δθ0“t=0”时刻、测温元件的误差、k型热电偶或℃τ时间常数Se的自然对数的底(2.718 )，因此在t=τ的情况下，Δθ=Δθ0/e为0.368、t=2τ的差 当被测定对象的温度以一定的速度α(k/s或℃/s )上升或下降时，经过充分的时间后产生的响应误差，用Δθ∞=-ατ(22 )式中δθ∞经过充分的时间后测温元件引起的误差来表示。 由式( 22 )可知，响应误差与时间常数(τ)成比例。 为了提高检定效率，很多企业都采用了自动检定装置，对进入工厂的热电偶进行了检定，但是这个装置还不够完善。 二汽变速箱工厂的热处理厂，如果400℃的恒温时间不够的话，很容易误判为没有达到热平衡。 3 .热辐射的影响插入炉内的测温用热电偶被高温物体的热辐射加热。 假设炉内气体透明，热电偶和炉壁的温度差大，会因能量交换而产生测温误差。 单位时间内两者交换辐射能量为p，P=σε(Tw4-Tt4)(23 )式中的σ斯特藩兹常数ε辐射率Tt热电偶的温度、KTw炉壁的温度、k单位时间内热电偶与周围的气体(温度t )对流因热传导而产生热交换的能量为p'p'=αa(t-Tt)(24 ) 其误差，因为Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/αА(25 )相对于单位面积为Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α(26 )，所以为了减少热辐射误差，应该增大热传导，使炉壁温度Tw尽可能接近热电偶的温度tt . 热阻增加的影响在高温下使用的热电偶，如果被测定介质是气体，则堆积在保护管表面的灰尘等溶解在表面，如果保护管的热阻增大的被测定介质是熔体，则在使用中熔渣堆积，不仅热电偶的响应时间增加，指示温度也降低。 因此，除定期检定外，为了减少误差，还需要经常进行吸引检查。 例如，输入的铜熔炉不仅具备测温热电偶，还具备用于及时校正连续测温用热电偶的精度的消耗型热电偶测温装置。 4、热电偶丝斑的影响: (1)热电偶材质本身的丝斑热电偶在计量室进行检测时，按照规定的要求，插入检测炉的深度只有300mm。 因此，各热电偶的检定结果，准确地说只能表现距离测定端300mm的灯丝的热电行为，但是，热电偶的长度长的情况下，大部分灯丝处于高温区域，如果热电偶的灯丝均质，则根据均质电路的规律，测定结果与长度无关。 但是，热电偶线材不均质，特别是廉价的金属热电偶线材均质性差，在有温度梯度的情况下，局部产生热电动势，将该电动势称为寄生电位。 寄生电位引起的误差称为不均匀误差。 现有的贵金属、廉价金属热电偶检定规程中，没有规定热电偶的不均匀性，在热电偶芯线基准中，对热电偶芯线的不均匀性有一定的要求。 对廉价金属热电偶采用首尾检验法求出不均匀的热电动势。 正规热电偶的线材制造商，按照国家的标准，生产不均匀的热电动势满足要求的产品。 (2)使用热电偶线材后产生的不均匀的热电偶，即使是不均匀的热电偶也可以满足，但通过反复加工弯曲，热电偶会产生加工变形，失去均匀性，而且即使使用中的热电偶长时间变得高温，热电偶也会因偶数线材的劣化而变化。 例如，插入工业炉的热电偶沿偶数线材的长度方向劣化，随着温度升高劣化变强，劣化的部分处于具有温度梯度的场所时，寄生电动势与总热电动势重叠，产生测定误差。 作者在实践中发现，某热电偶在计量部门认定的产品(多为贱金属热电偶)在现场使用时不合格。 再次返回计量部门检定合格，其主要原因是偶然线的不均质。 生产热电偶的技术人员实际感受到热电偶的不良率也会随着其长度的增加而增加。 均受热电偶线材不均质性的影响。 也就是说，不均质即寄生电动势引起的误差依赖于热电偶芯线自身的不均质度和温度梯度的大小，其定量极其困难。 5、短距离有序结构的变化( k状态)的影响。k型热电偶在250℃600℃的温度范围内使用时，其微观结构发生变化，形成短距离有序结构，因此是影响热电势值而产生误差的所谓k状态。 这是NiCr合金特有的晶格变化，Cr含量在530%范围内存在原子晶格紊乱的变化。 由此产生的误差随Cr含量和温度而变化。 将k型热电偶从300℃加热到800℃，每50℃取一点，测量该点的电位。 在450℃时偏差zui可达到4℃，在350600℃范围内为正偏差。 由于k状态的存在，k型热电偶的升温或降温检测结果不一致，廉洁金属热电偶检测规程明确规定了检测步骤:从低温升温检测到高温。 而且，在400℃检测点，不仅传热效果差，而且难以达到热平衡，正好在k状态误差zui的广泛范围内。 因此，在对这一点进行合格与否判定时必须慎重。 NiCr合金的短程有序结构变化的现象，不仅存在于k型，也存在于e型热电偶的正极。 但是，变化量e型热电偶只有k型的2/3。 也就是说，k状态与温度、时间有关，温度分布和热电偶的位置发生变化时，其偏差也会发生较大变化。 很难正确地评价偏差的大小。 6、套管热电偶的分流误差: (1)分流误差瓦轴集团碳渗透炉用套管热电偶只允许使用一周。 为探讨原因，作者曾去过现场，未发现异常，应从炉中取出并通过计量室检定结果。 那么问题是什么呢？ zui后，根据该支热电偶现场设置的特点，研究了上述问题是由鞘热电偶的分流误差引起的。 所谓分流误差，是指用鞘热电偶测量炉温时，如果热电偶的中间部存在超过800°C的温度分布，则其绝缘电阻下降，热电偶的显示值产生异常的现象称为分流误差。 根据均质电路的规律，用热电偶测温的只有测量端和基准端的两端温度，与中间温度分布无关。 但是，由于护套热电偶的绝缘物为粉末状MgO，因此温度每上升100°C，绝缘电阻就会下降一位数，中间部分的温度高的话一定会产生漏电流，热电偶的输出电位会出现分流误差。 ①K型与s型相比，k型热电偶的导线电阻大于s型，因此容易发生分流误差。 ②在外径相同的铠装热电偶中，热电偶导线束越细，分流误差越容易发生。 (2)产生分流误差的条件将鞘热电偶水平插入炉内，其规格和实验条件为直径ф4.8mm、长度25m、中间部加热带的长度20m、温度1000℃。 在此次实验中，热电偶的测量端和中间部的温度差为200℃。 如果测量端温度高于中间部分，则产生负误差。相反，产生正误差。 若两者温度差为200℃，分流误差约为100℃。 这是不可忽视的，分流误差的发生条件与鞘热电偶的种类和直径等因素有关[2]、7、分流误差的影响因素和对策在高温下鞘热电偶中发生分流误差的现象备受关注，因此，为了理解分流误差的影响因素，减少或消除分流误差的影响，必须采取适当的对策。 (1)护套热电偶的直径，对于长9米的k型护套热电偶( MgO绝缘)，只加热热电偶的中间部。 实验结果表明，分流误差的大小与直径的平方根成反比(直径越细，不遵守该法则)，即直径越细，分流误差越大。 中间部的温度超过800℃时，在ф3.2mm护套热电偶中产生分流误差。 但是，对于ф6.4mm及ф8mm铠装热电偶，中间部的温度为900℃时，未发现分流误差。 在φ6.4mm (热电极线直径φ1.4 mm )和φ8mm (热电极线直径ф2.0mm )的护套热电偶中，中间部温度为1100℃时，直径φ8mm的护套热电偶产生的分流误差仅为φ6.4mm的一半。 该数值( 50% )近视于两种鞘热电偶的线电极径的平方比(1.42/2.02 )，线电极径的平方比是线电极的电阻比。 因此，为了减少分流误差，请选择直径尽可能粗的护套热电偶。 (1)当中间部的温度超过中间部的温度800℃时，有可能发生分流误差，其大小随着温度的上升呈指数性增大。 因此，除测量端以外，尽量不要超过800℃。 (2)中间部加热带的长度及位置中间部加热带的温度超过800℃时，加热带的长度变长，越远离测定端分流误差越大。 因此，请尽量缩短加热带的长度，不要在远离测量端的地方加热，减少分流误差。 (3)热电偶丝的电阻在护套热电偶的直径相同时，分流误差随着热电偶丝的电阻增大而增加。 因此，最好采用电阻小的热电偶丝。 例如，直径相同的s型铠装热电偶与k型热电偶相比，分流误差减少了40%。 因此，应用s型热电偶可测量炉内温度场的分布，费用高，但正确。 (4)在绝缘电阻的高温下，氧化物的电阻率随着温度的上升而指数下降，分流误差的大小主要依赖于高温部分的绝缘性能，绝缘电阻越低越容易发生分流误差。 绝缘电阻变为10倍或1/10时，其分流误差也变为1/10或10倍。 为了减少分流误差，请采用直径尽可能粗的护套热电偶，加厚绝缘层的厚度。 上述措施无效的，应采用装配式热电偶。 8 .使用环境的影响(1)在含有选择氧化Fe的NiCr合金中，氧分压低于特定值时，与O2亲和力大的Cr选择氧化，是NiCr合金特有的晶界氧化。 用显微镜观察外表面的氧化层，可以看到绿色析出物，这种现象一般称为“绿食”。 特别是在温度为800℃1050℃的范围内，体系内含有CO、H2等还原性气体时，k型热电偶的正极更容易发生选择氧化。 这种Cr含量下降引起的热电势下降，成为k型热电偶在热处理行业长期使用的限制因素。 如果气体纯净，系统不含氧，就可以延长热电偶的寿命。 但是，热电偶芯线表面有氧化层的话，能够供给Cr的选择氧化的氧。 因此，在非氧化性环境下使用时，请使用干净研磨过的偶数线。 同时，请尽量避免在具有微量氧气的惰性气体和氧分压低的空气中使用。 当保护管长径较大(即保护管较细)时，因空气循环不良而成缺氧状态，其残留少量氧仍能为Cr的选择氧化提供条件。 (2)选择氧化的对策为了防止或缓和k型热电偶的选择氧化引起的劣化，除了在材质方面进行改善之外，还选择应该采取热电偶结构上的对策的①与氧的亲和性比Cr强的金属作为吸气剂，封入保护管内，防止Cr的选择氧化，通过增加保护管的直径或吹气的方法进行氧 ②组装式热电偶实体化。 实体碳渗透炉用热电偶，具有密封结构的组装式热电偶，可以防止Cr的选择氧化，经过十几家企业多年的使用证明，该方案是有效的。 寿命超过12个月，用户满意。 (3)使用环境影响热电偶的稳定性，由于使用温度、环境不同，同一种传感器，例如k型热电偶的zui高使用温度也随直径变化，直径相同的k型热电偶根据结构的不同稳定性也有很大差异。