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热电偶测量误差的主要影响因素
发布时间 : 2021-11-05
上海自动化仪表三厂热电偶直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过显示仪表转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势-热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。热电偶测温基本原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接 起来，构成一个闭合回路。当导体A和B的两个结合点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。热电偶的使用方法，如热电偶的测试点的选择、插入深度、响应时间等都会造成热电偶的测量误差。
测量误差的主要影响因素
1、热电偶插入深度的影响
①测温点的选择
热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。
②插入深度
热电偶插入被测温场时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温可度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些(约为直径的15倍)，陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些。
2、响应时间的影响
接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30分钟以上才能达到平衡，航标中规定每个检测点的保温时间也要30分钟；对于液体而言，最快也要在10分钟以上。
对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1s，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除受保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热影响时间越短。
3、热辐射的影响
插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的，而且，热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差，为了减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度尽可能接近热电偶的温度。另外，在热电偶安装还应注意以下事项：①热电偶安装位置应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；②热电偶最好带有热辐射遮蔽套。
4、热阻抗增加的影响
在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的尘土等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。
测量误差的主要影响因素
1、热电偶插入深度的影响
①测温点的选择
热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。
②插入深度
热电偶插入被测温场时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温可度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些(约为直径的15倍)，陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些。
2、响应时间的影响
接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30分钟以上才能达到平衡，航标中规定每个检测点的保温时间也要30分钟；对于液体而言，最快也要在10分钟以上。
对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1s，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除受保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热影响时间越短。
3、热辐射的影响
插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的，而且，热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差，为了减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度尽可能接近热电偶的温度。另外，在热电偶安装还应注意以下事项：①热电偶安装位置应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；②热电偶最好带有热辐射遮蔽套。
4、热阻抗增加的影响
在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的尘土等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。