鎧裝熱電偶測量誤差和注意事項(xiàng)

在現(xiàn)有的測溫系統(tǒng)中，最常用的溫度傳感器—鎧裝熱電偶，因其結(jié)構(gòu)簡單，往往被誤認(rèn)為“熱電偶兩根線，接上就完事”，其實(shí)并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但在使用中仍然會(huì)出現(xiàn)各種問題。例如：安裝或使用方法不當(dāng)，將會(huì)引起較大的測量誤差，甚至檢定合格的熱電偶也會(huì)因操作不當(dāng)，在使用時(shí)不合格，在滲碳等還原性氣氛中，如果不注意，K型熱電偶也會(huì)因選擇性氧化而超差。

為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應(yīng)具備儀表方面的操作技能，而且還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識(shí)。作者根據(jù)多年實(shí)踐，并參閱有關(guān)資料較詳細(xì)地介紹熱電偶的測量誤差及其注意事項(xiàng)。

1 鎧裝熱電偶絲不均質(zhì)影響

(1)熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)

熱電偶在計(jì)量室檢定時(shí)，按規(guī)程要求，插入檢定爐內(nèi)的深度只有300mm。因此每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切的說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測量端開始300mm長偶絲的熱電行為，然而，當(dāng)熱電偶的長度較長時(shí)，則大部分偶絲處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲是均質(zhì)的，那么依據(jù)均質(zhì)回路定則，測量結(jié)果與長度無關(guān)。然而，熱電偶絲并非均質(zhì)，尤其是廉金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差，又處于具有溫度梯度的場合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢稱為寄生電勢。由寄生電勢引起的誤差稱為不均質(zhì)誤差。

在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對(duì)熱電偶的不均質(zhì)尚未作出規(guī)定，只有在熱電偶絲材標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)熱電偶絲的不均勻性有一定要求。對(duì)廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不均勻熱電動(dòng)勢。正規(guī)熱電偶絲材生產(chǎn)廠，均按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)出不均勻熱電動(dòng)勢符合要求的產(chǎn)品。

(2)熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)

對(duì)于新制的熱電偶，即使是不均勻熱電動(dòng)勢能滿足要求，但是，反復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下也會(huì)因偶絲的劣化而引起熱電動(dòng)勢變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長度方向發(fā)生劣化，并隨溫度增高，劣化增強(qiáng)，當(dāng)劣化的部分處于具有溫度梯度的場所，也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢疊加在總熱電動(dòng)勢中而出現(xiàn)測量誤差。

作者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的產(chǎn)品(多為廉金屬熱電偶)到現(xiàn)場使用時(shí)卻不合格。再返回到計(jì)量部門檢定仍然合格，其中主要原因就是偶絲不均質(zhì)引起的。生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員都切身體會(huì)到，熱電偶的不合格率也隨其長度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響。總之，由不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢引起的誤差，取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極其困難。

2 鎧裝熱電偶的分流誤差

某集團(tuán)滲碳爐用鎧裝熱電偶，僅使用一周就不準(zhǔn)了。為探討原因，我們?cè)浆F(xiàn)場考察，但未發(fā)現(xiàn)異常，只好從爐子上取下來經(jīng)計(jì)量室檢定結(jié)果合格。那么問題何在呢?最后，根據(jù)該支熱電偶的現(xiàn)場安裝特點(diǎn)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是鎧裝熱電偶的分流誤差造成的。

所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時(shí)，當(dāng)熱電偶中間部位有超過800°C的溫度分布存在時(shí),因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。依據(jù)均質(zhì)回路定則，用熱電偶測溫只與測量端與參考端兩端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無關(guān)?？墒怯捎阪z裝熱電偶的絕緣物是粉末狀MgO，溫度每升高100°C，其絕緣電阻下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)中間部位溫度較高時(shí)，必定有漏電流產(chǎn)生，致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。

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為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應(yīng)具備儀表方面的操作技能，而且還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識(shí)。作者根據(jù)多年實(shí)踐，并參閱有關(guān)資料較詳細(xì)地介紹熱電偶的測量誤差及其注意事項(xiàng)。

1 鎧裝熱電偶絲不均質(zhì)影響

(1)熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)

熱電偶在計(jì)量室檢定時(shí)，按規(guī)程要求，插入檢定爐內(nèi)的深度只有300mm。因此每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切的說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測量端開始300mm長偶絲的熱電行為，然而，當(dāng)熱電偶的長度較長時(shí)，則大部分偶絲處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲是均質(zhì)的，那么依據(jù)均質(zhì)回路定則，測量結(jié)果與長度無關(guān)。然而，熱電偶絲并非均質(zhì)，尤其是廉金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差，又處于具有溫度梯度的場合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢稱為寄生電勢。由寄生電勢引起的誤差稱為不均質(zhì)誤差。

在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對(duì)熱電偶的不均質(zhì)尚未作出規(guī)定，只有在熱電偶絲材標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)熱電偶絲的不均勻性有一定要求。對(duì)廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不均勻熱電動(dòng)勢。正規(guī)熱電偶絲材生產(chǎn)廠，均按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)出不均勻熱電動(dòng)勢符合要求的產(chǎn)品。

(2)熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)

對(duì)于新制的熱電偶，即使是不均勻熱電動(dòng)勢能滿足要求，但是，反復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下也會(huì)因偶絲的劣化而引起熱電動(dòng)勢變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長度方向發(fā)生劣化，并隨溫度增高，劣化增強(qiáng)，當(dāng)劣化的部分處于具有溫度梯度的場所，也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢疊加在總熱電動(dòng)勢中而出現(xiàn)測量誤差。

作者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的產(chǎn)品(多為廉金屬熱電偶)到現(xiàn)場使用時(shí)卻不合格。再返回到計(jì)量部門檢定仍然合格，其中主要原因就是偶絲不均質(zhì)引起的。生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員都切身體會(huì)到，熱電偶的不合格率也隨其長度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響?？傊?，由不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢引起的誤差，取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極其困難。

2 鎧裝熱電偶的分流誤差

某集團(tuán)滲碳爐用鎧裝熱電偶，僅使用一周就不準(zhǔn)了。為探討原因，我們?cè)浆F(xiàn)場考察，但未發(fā)現(xiàn)異常，只好從爐子上取下來經(jīng)計(jì)量室檢定結(jié)果合格。那么問題何在呢?最后，根據(jù)該支熱電偶的現(xiàn)場安裝特點(diǎn)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是鎧裝熱電偶的分流誤差造成的。

所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時(shí)，當(dāng)熱電偶中間部位有超過800°C的溫度分布存在時(shí),因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。依據(jù)均質(zhì)回路定則，用熱電偶測溫只與測量端與參考端兩端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無關(guān)?？墒怯捎阪z裝熱電偶的絕緣物是粉末狀MgO，溫度每升高100°C，其絕緣電阻下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)中間部位溫度較高時(shí)，必定有漏電流產(chǎn)生，致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。