熱電偶測(cè)量注意事項(xiàng)

傳統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)中zui常用的溫度傳感器>； 熱電偶由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，&ldquo； 熱電偶的兩條線連接起來(lái)&rdquo； 事實(shí)并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題。 例如，如果安裝和使用方法錯(cuò)誤，會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，檢定合格的熱電偶也會(huì)因?yàn)椴僮麇e(cuò)誤，使用時(shí)不合格，或者在滲碳等還原性氣氛中不注意的話，k型熱電偶也會(huì)因?yàn)檫x擇氧化而變得嚴(yán)重。 為了提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差，延長(zhǎng)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(xué)、材料等多方面的知識(shí)。 作者在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上，參照有關(guān)資料詳細(xì)介紹了熱電偶的測(cè)量誤差及其注意事項(xiàng)。

3.1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(jì)量室進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，按照規(guī)定的要求插入檢測(cè)爐的深度只有300mm。 因此，各熱電偶的檢定結(jié)果，準(zhǔn)確地說(shuō)只能表現(xiàn)距離測(cè)定端300mm的燈絲的熱電行為，但是，熱電偶的長(zhǎng)度長(zhǎng)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(cè)定結(jié)果與長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。 但是，熱電偶線材不均質(zhì)，特別是廉價(jià)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(dòng)勢(shì)，將該電動(dòng)勢(shì)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(jià)金屬熱電偶檢定規(guī)程中，沒(méi)有規(guī)定熱電偶的不均勻性，在熱電偶芯線基準(zhǔn)中，對(duì)熱電偶芯線的不均勻性有一定的要求。 對(duì)廉價(jià)金屬熱電偶采用首尾檢驗(yàn)法求出不均勻的熱電動(dòng)勢(shì)。 正規(guī)熱電偶的線材制造商，按照國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)不均勻的熱電動(dòng)勢(shì)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(guò)反復(fù)加工彎曲，熱電偶會(huì)產(chǎn)生加工變形，失去均勻性，而且即使使用中的熱電偶長(zhǎng)時(shí)間變得高溫，熱電偶也會(huì)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(zhǎng)度方向劣化，隨著溫度升高劣化變強(qiáng)，劣化的部分處于具有溫度梯度的場(chǎng)所時(shí)，寄生電動(dòng)勢(shì)與總熱電動(dòng)勢(shì)重疊，產(chǎn)生測(cè)定誤差。 作者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，某熱電偶在計(jì)量部門認(rèn)定的產(chǎn)品(多為賤金屬熱電偶)在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)不合格。 再次返回計(jì)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(shí)際感受到熱電偶的不良率也會(huì)隨著其長(zhǎng)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(shuō)，不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢(shì)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。

3.2護(hù)套熱電偶的分流誤差(1)分流誤差瓦軸集團(tuán)碳滲爐用護(hù)套熱電偶，只允許1周。 為探討原因，作者曾去過(guò)現(xiàn)場(chǎng)，未發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)從爐中取出并通過(guò)計(jì)量室檢定結(jié)果。 那么問(wèn)題是什么呢？ zui后，根據(jù)該支熱電偶現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的特點(diǎn)，研究了上述問(wèn)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(cè)量爐溫時(shí)，在熱電偶的中間部存在超過(guò)800°的c的溫度分布的情況下，其絕緣電阻降低，熱電偶的顯示值變得異常的現(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(cè)溫的只有測(cè)量端和基準(zhǔn)端的兩端溫度，與中間溫度分布無(wú)關(guān)。 但是，由于鞘熱電偶的絕緣物為粉末狀MgO，因此溫度每上升100°； c，其絕緣電阻下降一位數(shù)，中間部的溫度高的話一定會(huì)產(chǎn)生漏電流，在熱電偶的輸出電位上會(huì)出現(xiàn)分流誤差。 (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(shí)驗(yàn)條件為直徑ф4.8mm、長(zhǎng)度25m、中間部加熱帶的長(zhǎng)度20m、溫度1000℃。 在此次實(shí)驗(yàn)中，熱電偶的測(cè)量端與中間部的溫度差為200℃。 如果測(cè)量端溫度高于中間部分，則產(chǎn)生負(fù)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]，請(qǐng)參照表1。

3.3分流誤差的影響因素和對(duì)策在高溫下鞘熱電偶產(chǎn)生分流誤差的現(xiàn)象備受關(guān)注，需要了解分流誤差的影響因素，采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策減少或消除分流誤差的影響。 (1)護(hù)套熱電偶的直徑，對(duì)于長(zhǎng)9米的k型護(hù)套熱電偶( MgO絕緣)，只加熱熱電偶的中間部。 實(shí)驗(yàn)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(xì)，不遵守該法則)，即直徑越細(xì)，分流誤差越大。 中間部的溫度超過(guò)800℃時(shí)，在ф3.2mm護(hù)套熱電偶中產(chǎn)生分流誤差。 但是，對(duì)于ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱電偶，中間部的溫度為900℃時(shí)，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(hù)套熱電偶中，中間部溫度為1100℃時(shí)，直徑φ8mm的護(hù)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(qǐng)選擇直徑盡可能粗的護(hù)套熱電偶。 (2)中間部的溫度超過(guò)中間部的溫度800℃時(shí)，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(cè)量端以外，盡量不要超過(guò)800℃。 1 )中間部加熱帶的長(zhǎng)度和位置中間部加熱帶的溫度超過(guò)800℃時(shí)，加熱帶的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，越遠(yuǎn)離測(cè)量端分流誤差越大。 因此，請(qǐng)盡量縮短加熱帶的長(zhǎng)度，不要在遠(yuǎn)離測(cè)量端的地方加熱，減少分流誤差。 (3)熱電偶絲的電阻在護(hù)套熱電偶的直徑相同時(shí)，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(yīng)用s型熱電偶可測(cè)量爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布，費(fèi)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(shí)，其分流誤差也變?yōu)?/10或10倍。 為了減少分流誤差，請(qǐng)采用直徑盡可能粗的護(hù)套熱電偶，加厚絕緣層的厚度。 上述措施無(wú)效的，應(yīng)采用裝配式熱電偶。

3.4短程有序結(jié)構(gòu)變化( k狀態(tài))的影響k型熱電偶為250℃； 在600℃的溫度范圍內(nèi)使用時(shí)，其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成短距離有序結(jié)構(gòu)，因此影響熱電勢(shì)值產(chǎn)生誤差，即所謂的k狀態(tài)[3]。 Ni是Cr合金特有的晶格變化，Cr含量為5時(shí)在30%的范圍內(nèi)存在原子晶格的無(wú)序變化。 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(diǎn)，測(cè)量該點(diǎn)的電位。 在450℃時(shí)偏差zui可達(dá)到4℃，在450℃時(shí)在600℃范圍內(nèi)，均為正偏差。 由于k狀態(tài)的存在，k型熱電偶的升溫或降溫檢測(cè)結(jié)果不一致，廉潔金屬熱電偶檢測(cè)規(guī)程明確規(guī)定了檢測(cè)步驟:從低溫升溫檢測(cè)到高溫。 而且，在400℃檢測(cè)點(diǎn)，不僅傳熱效果差，而且難以達(dá)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(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行合格與否判定時(shí)必須慎重。 ni>； Cr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(shuō)，k狀態(tài)與溫度、時(shí)間有關(guān)，溫度分布和熱電偶的位置發(fā)生變化時(shí)，其偏差也會(huì)發(fā)生較大變化。 很難正確地評(píng)價(jià)偏差的大小。

本文熱電偶高頻詞： 誤差  鎧裝 

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