影響熱電偶測量誤差的主要因素
2012-12-08
1、插入深度的影響
(1)測溫點的選擇
熱電偶的安裝位置，即測溫點的選擇是最重要的。測溫點的位置，對于生產(chǎn)工藝過程而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測量與控制的意義。
(2)插入深度
熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。當環(huán)境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產(chǎn)生測溫誤差?？傊?，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質(zhì)有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15-20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態(tài)有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數(shù)值應由實驗確定。
2、響應時間的影響
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。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時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所，尤其是瞬間變化過程，全過程僅1秒鐘，則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此，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(xiàn)滯后，而且也會因達不到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差。最好選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外，熱電偶的測量端直徑也是其主要因素，即偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定。
由式(2-2)可以看出，響應誤差與時間常數(shù)(t)成正比。為了提高檢定效率許多企業(yè)采用自動檢定裝置，對入廠熱電偶進行檢定，但是，該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發(fā)現(xiàn)如果在400℃點的恒溫時間不夠，達不到熱平衡，就容易發(fā)生誤判。
3、熱輻射的影響
插入爐內(nèi)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(nèi)氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產(chǎn)生溫度計測溫誤差。
在單位時間內(nèi)，兩者交換的輻射能為P，可用下式表示：
P=o￡(Tw4 Tt4) (2-3)
式中0-斯忒藩一波爾茲常數(shù)
e一發(fā)射率
Tt-熱電偶的溫度，K
Tw-爐壁的溫度，K
在單位時間內(nèi)，熱電偶同周圍
的氣體（溫度為T），通過對流及熱
傳導也將發(fā)生熱量交換的能量為P'
P'=aA(T-Tt) (2-4)
式中a-熱導率
A-熱電偶的表面積
在正常狀態(tài)下，P=P'，其誤
差為：
Tt-T=o ￡(Tt4-Tw4)/a A(2-5)
對于單位面積而言其誤差為
Tt-T=o￡(Tt4-Tw4)/a (2-6)
因此，為了減少熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度Tw，盡可能接近熱電偶的溫度Tt。另外，在安裝時還應注意：
①熱電偶安裝位置，應盡可能避開從固體發(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。
4、熱阻抗增加的影響
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，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間，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)常抽檢也是必要的。例如，進口銅熔煉爐，不僅安裝有連續(xù)測溫熱電偶，還配備消耗型熱電偶測溫裝置，用于及時校準連續(xù)測溫用熱電偶的準確度。
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