分析影響熱電偶測量誤差的原因

　　1、插入深度的影響

　　(1)測溫點(diǎn)的選擇

　　熱電偶的安裝位置，即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的。測溫點(diǎn)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(dāng)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(dǎo)而引起的誤差，與插入深度有關(guān)。而插入深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護(hù)管因其導(dǎo)熱性能好，其插入深度應(yīng)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(guān)，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(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。影響熱電偶測量誤差的主要因素。

　　2、響應(yīng)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(dá)到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達(dá)到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應(yīng)時間有關(guān)。而熱響應(yīng)時間主要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)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(yīng)保持30min以上才能達(dá)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(yīng)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(dá)不到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差。最好選擇響應(yīng)快的傳感器。對熱電偶而言除保護(hù)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(xì)，測量端直徑越小，其熱響應(yīng)時間越短。測溫元件熱響應(yīng)誤差可通過下式確定 [1]。

　　Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—1)

　　式中 t—測量時間 S，

　　Δθ—在 t 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃

　　Δθ0—“t=0” 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃

　　τ—時間常數(shù) S

　　e —自然對數(shù)的底(2.718)

　　因此，當(dāng)t=τ時，則Δθ=Δθ0/e 即為0.368，

　　如果當(dāng)t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2 即為0.135。

　　當(dāng)被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經(jīng)過足夠的時間后,所產(chǎn)生的響應(yīng)誤差可用下式表示：

　　Δθ∞=-ατ (2—2)

　　式中 Δθ∞—經(jīng)過足夠時間后，測溫元件引起的誤差。

　　由式(2—2)可以看出，響應(yīng)誤差與時間常數(shù)(τ)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(jìn)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(diǎn)的恒溫時間不夠，達(dá)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=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3)

　　式中 σ—斯忒藩—波爾茲常數(shù)

　　ε—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(dǎo)也將發(fā)生熱量交換的能量為P′

　　P′=αA(T-Tt) (2—4)

　　式中 α—熱導(dǎo)率

　　A— 熱電偶的表面積

　　在正常狀態(tài)下，P= P′，其誤差為：

　　Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/αА (2—5)

　　對于單位面積而言其誤差為

　　Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α (2—6)

　　因此，為了減少熱輻射誤差，應(yīng)增大熱傳導(dǎo)，并使?fàn)t壁溫度Tw ，盡可能接近熱電偶的溫度Tt。另外，在安裝時還應(yīng)注意：

　?、?熱電偶安裝位置，應(yīng)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(hù)管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護(hù)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(yīng)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(jìn)口銅熔煉爐，不僅安裝有連續(xù)測溫?zé)犭娕迹€配備消耗型熱電偶測溫裝置，用于及時校準(zhǔn)連續(xù)測溫用熱電偶的準(zhǔn)確度。