热电偶测量中的注意事项及其误差

热电偶测量注意事项

传统测温系统中zui常用的温度传感器>； 热电偶由于其结构简单，&ldquo； 热电偶的两条线连接起来&rdquo； 事实并非如此。 热电偶的结构简单，但在使用过程中会出现各种问题。 例如，如果安装和使用方法错误，会引起较大的测量误差，检定合格的热电偶也会因为操作错误，使用时不合格，或者在渗碳等还原性气氛中不注意的话，k型热电偶也会因为选择氧化而变得严重。 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。 作者在多年实践的基础上，参照有关资料详细介绍了热电偶的测量误差及其注意事项。

3.1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。

3.2护套热电偶的分流误差(1)分流误差瓦轴集团碳渗炉用护套热电偶，只允许1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，在热电偶的中间部存在超过800°的c的温度分布的情况下，其绝缘电阻降低，热电偶的显示值变得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，由于鞘热电偶的绝缘物为粉末状MgO，因此温度每上升100°； c，其绝缘电阻下降一位数，中间部的温度高的话一定会产生漏电流，在热电偶的输出电位上会出现分流误差。 (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，热电偶的测量端与中间部的温度差为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]，请参照表1。

3.3分流误差的影响因素和对策在高温下鞘热电偶产生分流误差的现象备受关注，需要了解分流误差的影响因素，采取适当的对策减少或消除分流误差的影响。 (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。 (2)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℃。 1 )中间部加热带的长度和位置中间部加热带的温度超过800℃时，加热带的长度变长，越远离测量端分流误差越大。 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。

3.4短程有序结构变化( k状态)的影响k型热电偶为250℃； 在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，因此影响热电势值产生误差，即所谓的k状态[3]。 Ni是Cr合金特有的晶格变化，Cr含量为5时在30%的范围内存在原子晶格的无序变化。 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450℃时在600℃范围内，均为正偏差。 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。 ni>； Cr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。