熱電偶是測溫領(lǐng)域中常用的傳感器之一,因其結構簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應快、測量范圍廣等特點(diǎn)而得到廣泛應用。因此,對熱電偶測溫準確度的控制就顯得尤為重要。盡管測量誤差是客觀(guān)存在的,但我們必須最大限度地減小測量誤差,提高測量準確度。因此，必須要清楚熱電偶測溫誤差的產(chǎn)生原因和解決辦法。

　　熱電偶測溫原理是基于物體的熱電效應,即將兩種電子密度不同的金屬導體首尾相接組成閉合回路,如果兩端溫度不同,在回路中就會(huì )產(chǎn)生熱電動(dòng)勢,形成熱電流,這樣就可將溫度信號轉換為電壓信號以便于測量。熱電偶測溫的優(yōu)點(diǎn)是其測量準確度高，動(dòng)態(tài)響應快,測溫范圍廣及信號可遠傳,便于溫度的集中監測和自動(dòng)控制。

　　熱電偶測量誤差分析

　　(一)插入深度

　　1、測溫點(diǎn)的選擇。熱電偶的安裝位置,即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的,選擇測溫點(diǎn)時(shí)應具有典型性、代表性,否則將失去測量與控制的意義。測溫元件熱電偶應安裝在測量值能代表被測介質(zhì)溫度的位置,不得裝在管道和設備的死角,且不應受到劇烈震動(dòng)和沖擊。

　　2、插入深度的控制。熱電偶測溫時(shí),沿著(zhù)傳感器長(cháng)度方向會(huì )產(chǎn)生熱流,如果冷熱端溫差較大,就會(huì )有熱損失產(chǎn)生,這將導致熱電偶熱端溫度比被測實(shí)際溫度偏低而產(chǎn)生測溫誤差。為了解決這種由熱傳導引起的誤差,必須保證熱電偶有足夠的插入深度,而插入深度又與保護管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護管因其導熱性能好,其插入深度應該深一-些。例如:對高溫高壓蒸汽管道和一-般流體介質(zhì)管道,插入深度與其公稱(chēng)通徑或管道外徑的大小有關(guān)。

　　(二)熱響應時(shí)間

　　接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。在測溫時(shí)需要保持一定時(shí)間,才能使兩者達到熱平衡,而保持時(shí)間的長(cháng)短,同測溫元件的熱響應時(shí)間有關(guān)。熱響應時(shí)間主要取決于傳感器的結構及測量條件,差別極大。對于氣體介質(zhì),尤其是靜止氣體,至少應保持30min以上才能達到平衡;對于液體而言,最快也要在5min以上。對于溫度不斷變化的被測場(chǎng)所,尤其是瞬間變化過(guò)程,整個(gè)過(guò)程僅1秒鐘,則要求傳感器的響應時(shí)間在毫秒級。普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后,而且也會(huì )因達不到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差。因此,最好選擇響應快的傳感器。

　　(三)熱輻射

　　插入爐內用于測溫的熱電偶,將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的,而且,熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí),將因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。

　　在單位時(shí)間內,兩者交換的熱輻射能為P,可用下式表示:

　　P=σε(Tw4-Tt4)

　　式中:.σ一波爾茲曼常數

　　ε一發(fā)射率

　　Tw一熱電偶溫度

　　Tt一爐壁溫度

　　在單位時(shí)間內,熱電偶同周?chē)臍鈿怏w(溫度為T(mén))提高對流及熱傳導也將發(fā)生熱量交換的能量為P'

　　P'=αA(T-Tt)

　　式中:α一熱導率

　　A一熱電偶的表面積

　　在正常狀態(tài)下,P=P',其誤差為:

　　Tt-T=σε(Tw4-Tt4)/αA

　　對于單位面積而言,其誤差為:

　　Tt-T=σε(Tw4-Tt4)/α

　　因此,為了減少熱輻射誤差,應增大熱傳導，并使爐壁溫度能接近熱電偶的溫度,熱電偶在安裝時(shí)應注意:1.熱電偶安裝位置應盡可能避開(kāi)從固體發(fā)出的熱輻射,使其不能輻射到熱電偶表面;2.熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套。一般生產(chǎn)廠(chǎng)家都通過(guò)各種工藝進(jìn)行控制這種誤差。

　　(四)熱阻抗

　　在高溫下使用的熱電偶,如果被測介質(zhì)為氣態(tài),那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面.上,使保護管的熱阻抗增大;如果被測介質(zhì)是熔體,在使用過(guò)程中將有爐渣沉積,不僅增加熱電偶的響應時(shí)間,而且還使指示溫度偏低。因此,除了定期檢定外,為了減少誤差,經(jīng)常抽檢套管是否結焦也是必要的。

　　(五)熱電偶的劣化

　　所謂熱電偶的劣化,即熱電偶經(jīng)使用后,出現老化變質(zhì)的現象。由金屬或合金構成的熱電偶,在高溫下其內部晶粒要逐漸長(cháng)大,合金中含有少量雜質(zhì),其位置或形狀也將發(fā)生變化,而且,對周?chē)h(huán)境中的還原或氧化性氣體也要發(fā)生反應。伴隨上述變化,熱電偶的熱電動(dòng)勢也將極其敏感地發(fā)生變化。因此,熱電偶的劣化現象是不可避免的。

　　熱電偶的劣化因其自身情況不同而異,主要原因是:-方面,熱電偶材料本身長(cháng)期在高溫作用下發(fā)生變質(zhì);另一-方面,測溫環(huán)境各種氣氛對熱電偶的作用使熱電極發(fā)生質(zhì)變。因此,在注意控制各種熱電偶測溫條件的同時(shí),也要定期對熱電偶進(jìn)行檢定。

　　四結論

　　盡管熱電偶測溫誤差會(huì )因為插入深度、熱響應時(shí)間、熱輻射及熱阻抗熱電偶劣化等因素而存在,但如果能夠清楚誤差產(chǎn)生的原因,掌握解決辦法,并積極采取相應有效的補償措施,仍然能夠減小測溫誤差,提高測量準確度,從而延長(cháng)熱電偶的使用壽命。