溫度測溫系統(tǒng)中常用于zui的溫度傳感器熱電偶，但現(xiàn)場認為熱電偶的2根線結(jié)構(gòu)簡單，如果熱電偶在使用前未進行測試或正確使用，在現(xiàn)場使用時會產(chǎn)生各種問題。 例如，安裝和不適當?shù)氖褂脮疠^大的測量誤差，檢定合格的熱電偶也不適當，使用時不合格，在滲碳等還原性氣氛中，不注意的話，k型熱電偶也會因選擇氧化而極端惡化。 為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶的壽命，使用者不僅要求具備儀表面的操作技能，還要求具備物理、化學、材料等多方面的知識。 熱電偶在溫度測量中承擔著不可或缺的作用，作為影響測量誤差的主要原因，1、插入深度的影響(1)測溫點的選擇熱電偶的安裝位置，即測溫點的選擇是zui很重要的。 測溫點的位置在生產(chǎn)過程中必須是典型的、非典型的，否則會喪失測量和控制的意義。 (2)插入深度熱電偶插入被測量場所后，沿傳感器的長度方向產(chǎn)生熱流。 環(huán)境溫度低的話會有熱損失。 熱電偶與被測量對象的溫度不一致，產(chǎn)生測溫誤差。 也就是說，熱傳導引起的誤差與插入深度有關(guān)。 插入深度與保護管的材質(zhì)有關(guān)。 金屬保護管熱傳導性好，插入深度深(直徑的1520倍左右)，陶瓷材料絕熱性好，可以插入淺(直徑的10-15倍左右)。 關(guān)于工程的測溫，其插入深度也與測量對象靜止或流動等狀態(tài)有關(guān)。 例如，流動的液體和高速氣流的溫度的測定不受上述限制。 插入深度可以很淺。 具體數(shù)值應由實驗決定。 2 .響應時間的影響接觸法測溫的基本原理是測溫元件與被測量者達到熱平衡。 因此，測溫時需要保持一定的時間，使兩者達到熱平衡。 保持時間的長度與測溫元件的熱響應時間有關(guān)。 熱響應時間主要根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)和測量條件而有很大差異。 對于氣體介質(zhì)，特別是靜止氣體，在為了取得平衡必須保持至少30min以上的液體中，zui也立即變成5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所，特別是瞬間變化的過程，全過程要求僅為1秒，傳感器的響應時間要求為毫秒水平。 因此，一般的溫度傳感器不僅會使被測定對象的溫度變化速度產(chǎn)生延遲，還會因未達到熱平衡而產(chǎn)生測定誤差。 zui較好選擇響應快的傳感器。 對熱電偶來說，除保護管的影響外，熱電偶的測量端徑也是其主要因素，偶數(shù)線越細，測量端徑越小，熱響應時間越短。 測溫元件的熱響應誤差可通過下式求出[1]。 由于Δθ=Δθ0exp(-t/τ)(21 )式中的t測定時間s、δθ為t時刻、測溫元件的誤差、k或℃Δθ0“t=0”時刻、測溫元件的誤差、k型熱電偶或℃τ時間常數(shù)Se的自然對數(shù)的底(2.718 )，因此在t=τ的情況下，Δθ=Δθ0/e為0.368、t=2τ的差 當被測定對象的溫度以一定的速度α(k/s或℃/s )上升或下降時，經(jīng)過充分的時間后產(chǎn)生的響應誤差，用Δθ∞=-ατ(22 )式中δθ∞經(jīng)過充分的時間后測溫元件引起的誤差來表示。 由式( 22 )可知，響應誤差與時間常數(shù)(τ)成比例。 為了提高檢定效率，很多企業(yè)都采用了自動檢定裝置，對進入工廠的熱電偶進行了檢定，但是這個裝置還不夠完善。 二汽變速箱工廠的熱處理廠，如果400℃的恒溫時間不夠的話，很容易誤判為沒有達到熱平衡。 3 .熱輻射的影響插入爐內(nèi)的測溫用熱電偶被高溫物體的熱輻射加熱。 假設爐內(nèi)氣體透明，熱電偶和爐壁的溫度差大，會因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。 單位時間內(nèi)兩者交換輻射能量為p，P=σε(Tw4-Tt4)(23 )式中的σ斯特藩茲常數(shù)ε輻射率Tt熱電偶的溫度、KTw爐壁的溫度、k單位時間內(nèi)熱電偶與周圍的氣體(溫度t )對流因熱傳導而產(chǎn)生熱交換的能量為p'p'=αa(t-Tt)(24 ) 其誤差，因為Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/αА(25 )相對于單位面積為Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α(26 )，所以為了減少熱輻射誤差，應該增大熱傳導，使爐壁溫度Tw盡可能接近熱電偶的溫度tt . 熱阻增加的影響在高溫下使用的熱電偶，如果被測定介質(zhì)是氣體，則堆積在保護管表面的灰塵等溶解在表面，如果保護管的熱阻增大的被測定介質(zhì)是熔體，則在使用中熔渣堆積，不僅熱電偶的響應時間增加，指示溫度也降低。 因此，除定期檢定外，為了減少誤差，還需要經(jīng)常進行吸引檢查。 例如，輸入的銅熔爐不僅具備測溫熱電偶，還具備用于及時校正連續(xù)測溫用熱電偶的精度的消耗型熱電偶測溫裝置。 4、熱電偶絲斑的影響: (1)熱電偶材質(zhì)本身的絲斑熱電偶在計量室進行檢測時，按照規(guī)定的要求，插入檢測爐的深度只有300mm。 因此，各熱電偶的檢定結(jié)果，準確地說只能表現(xiàn)距離測定端300mm的燈絲的熱電行為，但是，熱電偶的長度長的情況下，大部分燈絲處于高溫區(qū)域，如果熱電偶的燈絲均質(zhì)，則根據(jù)均質(zhì)電路的規(guī)律，測定結(jié)果與長度無關(guān)。 但是，熱電偶線材不均質(zhì)，特別是廉價的金屬熱電偶線材均質(zhì)性差，在有溫度梯度的情況下，局部產(chǎn)生熱電動勢，將該電動勢稱為寄生電位。 寄生電位引起的誤差稱為不均勻誤差。 現(xiàn)有的貴金屬、廉價金屬熱電偶檢定規(guī)程中，沒有規(guī)定熱電偶的不均勻性，在熱電偶芯線基準中，對熱電偶芯線的不均勻性有一定的要求。 對廉價金屬熱電偶采用首尾檢驗法求出不均勻的熱電動勢。 正規(guī)熱電偶的線材制造商，按照國家的標準，生產(chǎn)不均勻的熱電動勢滿足要求的產(chǎn)品。 (2)使用熱電偶線材后產(chǎn)生的不均勻的熱電偶，即使是不均勻的熱電偶也可以滿足，但通過反復加工彎曲，熱電偶會產(chǎn)生加工變形，失去均勻性，而且即使使用中的熱電偶長時間變得高溫，熱電偶也會因偶數(shù)線材的劣化而變化。 例如，插入工業(yè)爐的熱電偶沿偶數(shù)線材的長度方向劣化，隨著溫度升高劣化變強，劣化的部分處于具有溫度梯度的場所時，寄生電動勢與總熱電動勢重疊，產(chǎn)生測定誤差。 作者在實踐中發(fā)現(xiàn)，某熱電偶在計量部門認定的產(chǎn)品(多為賤金屬熱電偶)在現(xiàn)場使用時不合格。 再次返回計量部門檢定合格，其主要原因是偶然線的不均質(zhì)。 生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員實際感受到熱電偶的不良率也會隨著其長度的增加而增加。 均受熱電偶線材不均質(zhì)性的影響。 也就是說，不均質(zhì)即寄生電動勢引起的誤差依賴于熱電偶芯線自身的不均質(zhì)度和溫度梯度的大小，其定量極其困難。 5、短距離有序結(jié)構(gòu)的變化( k狀態(tài))的影響。k型熱電偶在250℃600℃的溫度范圍內(nèi)使用時，其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成短距離有序結(jié)構(gòu)，因此是影響熱電勢值而產(chǎn)生誤差的所謂k狀態(tài)。 這是NiCr合金特有的晶格變化，Cr含量在530%范圍內(nèi)存在原子晶格紊亂的變化。 由此產(chǎn)生的誤差隨Cr含量和溫度而變化。 將k型熱電偶從300℃加熱到800℃，每50℃取一點，測量該點的電位。 在450℃時偏差zui可達到4℃，在350600℃范圍內(nèi)為正偏差。 由于k狀態(tài)的存在，k型熱電偶的升溫或降溫檢測結(jié)果不一致，廉潔金屬熱電偶檢測規(guī)程明確規(guī)定了檢測步驟:從低溫升溫檢測到高溫。 而且，在400℃檢測點，不僅傳熱效果差，而且難以達到熱平衡，正好在k狀態(tài)誤差zui的廣泛范圍內(nèi)。 因此，在對這一點進行合格與否判定時必須慎重。 NiCr合金的短程有序結(jié)構(gòu)變化的現(xiàn)象，不僅存在于k型，也存在于e型熱電偶的正極。 但是，變化量e型熱電偶只有k型的2/3。 也就是說，k狀態(tài)與溫度、時間有關(guān)，溫度分布和熱電偶的位置發(fā)生變化時，其偏差也會發(fā)生較大變化。 很難正確地評價偏差的大小。 6、套管熱電偶的分流誤差: (1)分流誤差瓦軸集團碳滲透爐用套管熱電偶只允許使用一周。 為探討原因，作者曾去過現(xiàn)場，未發(fā)現(xiàn)異常，應從爐中取出并通過計量室檢定結(jié)果。 那么問題是什么呢？ zui后，根據(jù)該支熱電偶現(xiàn)場設置的特點，研究了上述問題是由鞘熱電偶的分流誤差引起的。 所謂分流誤差，是指用鞘熱電偶測量爐溫時，如果熱電偶的中間部存在超過800°C的溫度分布，則其絕緣電阻下降，熱電偶的顯示值產(chǎn)生異常的現(xiàn)象稱為分流誤差。 根據(jù)均質(zhì)電路的規(guī)律，用熱電偶測溫的只有測量端和基準端的兩端溫度，與中間溫度分布無關(guān)。 但是，由于護套熱電偶的絕緣物為粉末狀MgO，因此溫度每上升100°C，絕緣電阻就會下降一位數(shù)，中間部分的溫度高的話一定會產(chǎn)生漏電流，熱電偶的輸出電位會出現(xiàn)分流誤差。 ①K型與s型相比，k型熱電偶的導線電阻大于s型，因此容易發(fā)生分流誤差。 ②在外徑相同的鎧裝熱電偶中，熱電偶導線束越細，分流誤差越容易發(fā)生。 (2)產(chǎn)生分流誤差的條件將鞘熱電偶水平插入爐內(nèi)，其規(guī)格和實驗條件為直徑ф4.8mm、長度25m、中間部加熱帶的長度20m、溫度1000℃。 在此次實驗中，熱電偶的測量端和中間部的溫度差為200℃。 如果測量端溫度高于中間部分，則產(chǎn)生負誤差。相反，產(chǎn)生正誤差。 若兩者溫度差為200℃，分流誤差約為100℃。 這是不可忽視的，分流誤差的發(fā)生條件與鞘熱電偶的種類和直徑等因素有關(guān)[2]、7、分流誤差的影響因素和對策在高溫下鞘熱電偶中發(fā)生分流誤差的現(xiàn)象備受關(guān)注，因此，為了理解分流誤差的影響因素，減少或消除分流誤差的影響，必須采取適當?shù)膶Σ摺?(1)護套熱電偶的直徑，對于長9米的k型護套熱電偶( MgO絕緣)，只加熱熱電偶的中間部。 實驗結(jié)果表明，分流誤差的大小與直徑的平方根成反比(直徑越細，不遵守該法則)，即直徑越細，分流誤差越大。 中間部的溫度超過800℃時，在ф3.2mm護套熱電偶中產(chǎn)生分流誤差。 但是，對于ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱電偶，中間部的溫度為900℃時，未發(fā)現(xiàn)分流誤差。 在φ6.4mm (熱電極線直徑φ1.4 mm )和φ8mm (熱電極線直徑ф2.0mm )的護套熱電偶中，中間部溫度為1100℃時，直徑φ8mm的護套熱電偶產(chǎn)生的分流誤差僅為φ6.4mm的一半。 該數(shù)值( 50% )近視于兩種鞘熱電偶的線電極徑的平方比(1.42/2.02 )，線電極徑的平方比是線電極的電阻比。 因此，為了減少分流誤差，請選擇直徑盡可能粗的護套熱電偶。 (1)當中間部的溫度超過中間部的溫度800℃時，有可能發(fā)生分流誤差，其大小隨著溫度的上升呈指數(shù)性增大。 因此，除測量端以外，盡量不要超過800℃。 (2)中間部加熱帶的長度及位置中間部加熱帶的溫度超過800℃時，加熱帶的長度變長，越遠離測定端分流誤差越大。 因此，請盡量縮短加熱帶的長度，不要在遠離測量端的地方加熱，減少分流誤差。 (3)熱電偶絲的電阻在護套熱電偶的直徑相同時，分流誤差隨著熱電偶絲的電阻增大而增加。 因此，較好采用電阻小的熱電偶絲。 例如，直徑相同的s型鎧裝熱電偶與k型熱電偶相比，分流誤差減少了40%。 因此，應用s型熱電偶可測量爐內(nèi)溫度場的分布，費用高，但正確。 (4)在絕緣電阻的高溫下，氧化物的電阻率隨著溫度的上升而指數(shù)下降，分流誤差的大小主要依賴于高溫部分的絕緣性能，絕緣電阻越低越容易發(fā)生分流誤差。 絕緣電阻變?yōu)?0倍或1/10時，其分流誤差也變?yōu)?/10或10倍。 為了減少分流誤差，請采用直徑盡可能粗的護套熱電偶，加厚絕緣層的厚度。 上述措施無效的，應采用裝配式熱電偶。 8 .使用環(huán)境的影響(1)在含有選擇氧化Fe的NiCr合金中，氧分壓低于特定值時，與O2親和力大的Cr選擇氧化，是NiCr合金特有的晶界氧化。 用顯微鏡觀察外表面的氧化層，可以看到綠色析出物，這種現(xiàn)象一般稱為“綠食”。 特別是在溫度為800℃1050℃的范圍內(nèi)，體系內(nèi)含有CO、H2等還原性氣體時，k型熱電偶的正極更容易發(fā)生選擇氧化。 這種Cr含量下降引起的熱電勢下降，成為k型熱電偶在熱處理行業(yè)長期使用的限制因素。 如果氣體純凈，系統(tǒng)不含氧，就可以延長熱電偶的壽命。 但是，熱電偶芯線表面有氧化層的話，能夠供給Cr的選擇氧化的氧。 因此，在非氧化性環(huán)境下使用時，請使用干凈研磨過的偶數(shù)線。 同時，請盡量避免在具有微量氧氣的惰性氣體和氧分壓低的空氣中使用。 當保護管長徑較大(即保護管較細)時，因空氣循環(huán)不良而成缺氧狀態(tài)，其殘留少量氧仍能為Cr的選擇氧化提供條件。 (2)選擇氧化的對策為了防止或緩和k型熱電偶的選擇氧化引起的劣化，除了在材質(zhì)方面進行改善之外，還選擇應該采取熱電偶結(jié)構(gòu)上的對策的①與氧的親和性比Cr強的金屬作為吸氣劑，封入保護管內(nèi)，防止Cr的選擇氧化，通過增加保護管的直徑或吹氣的方法進行氧 ②組裝式熱電偶實體化。 實體碳滲透爐用熱電偶，具有密封結(jié)構(gòu)的組裝式熱電偶，可以防止Cr的選擇氧化，經(jīng)過十幾家企業(yè)多年的使用證明，該方案是有效的。 壽命超過12個月，用戶滿意。 (3)使用環(huán)境影響熱電偶的穩(wěn)定性，由于使用溫度、環(huán)境不同，同一種傳感器，例如k型熱電偶的zui高使用溫度也隨直徑變化，直徑相同的k型熱電偶根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同穩(wěn)定性也有很大差異。

本文熱電偶高頻詞： 測量  誤差 

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