熱電偶測溫誤差分析和解決方法點(diǎn)擊次數: 268發(fā)表時(shí)間: 2014-8-3

摘要:現代化生產(chǎn)裝置通常采用熱電偶或熱電阻測量溫度，與熱電阻相比，熱電偶具有熱敏元件測量溫度范圍寬、能在- 270℃~ 2800℃的寬溫度范圍內測量、性能穩定、準確可靠、結構簡(jiǎn)單、熱慣性小、動(dòng)態(tài)響應快等優(yōu)點(diǎn)。 因此，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用熱電偶測量溫度。 熱電偶具有以上優(yōu)點(diǎn)，但在使用過(guò)程中會(huì )受多種因素的影響而產(chǎn)生測量誤差。 熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的接觸式測溫元件。 熟悉其工作原理，掌握和分析測溫誤差的原因，大大提高了溫度測量的準確性。 避免生產(chǎn)中不必要的損失。 本文結合生產(chǎn)裝置的一個(gè)溫度測量電路介紹，分析測量誤差的原因，提出解決方法，供參考。

另一方面，熱電偶測溫的基本原理是將兩種不同材料的導體或半導體a和b連接起來(lái)，構成一個(gè)閉合電路，構成熱電偶。 如圖1所示。 溫度t端為測量端，溫度t0端為測量端，儀表端稱(chēng)為基準端或冷端。當導體a和b的兩個(gè)執著(zhù)點(diǎn)t和t0之間存在溫度差時(shí)，在電路中產(chǎn)生電動(dòng)勢EAB(t，t0)，電流流過(guò)電路的現象稱(chēng)為熱電效應。 這個(gè)電動(dòng)勢被稱(chēng)為熱電勢，熱電偶利用這個(gè)效果發(fā)揮作用。 熱電勢的大小與t和t0之差的大小有關(guān)，在已知熱電偶的兩個(gè)熱電電極材料的情況下，根據熱電偶電路的熱電勢的分布理論，熱電偶兩端的熱電勢與EAB(t，t0)=EAB(t)-EAB(t0)式中的EAB(t， t0)-熱電偶的熱電勢EAB(t)-溫度為t時(shí)的動(dòng)作端的熱電勢EAB(t0)-溫度為t0時(shí)的冷端的熱電勢。 由上式可知！ 當工作目的地的被測定介質(zhì)的溫度變化時(shí)，熱電電勢變化，因此測定EAB(t，t0)，如果知道EAB(t0)，則得到EAB(t )，如果向顯示計發(fā)送熱電電勢進(jìn)行指示或記錄，或者向微機發(fā)送進(jìn)行處理，則能夠得到測定目的地溫度t的值。

二、使用誤差分析

1 .絕緣變差導入的誤差熱電偶使用一段時(shí)間后，保護管和配線(xiàn)板的污垢和鹽渣過(guò)多，熱電偶極間和爐壁間的絕緣變差，在高溫下變得更加嚴重，不僅會(huì )引起熱電勢的損失，還會(huì )導入噪聲，由此引起的誤差可能達到百度。 2 .導入了熱失活的誤差熱電偶的測溫過(guò)程實(shí)際上是熱電偶和被測定介質(zhì)之間的熱交換過(guò)程，需要一定的時(shí)間達到熱平衡，由于熱電偶的熱失活導致儀表的指示值滯后于被測定溫度的變化，因此在進(jìn)行快速測定時(shí)該影響特別顯著(zhù)。 盡量采用熱電極細、保護管直徑小的熱電偶。 如果允許測溫環(huán)境，也可以拆下保護管。 由于存在測量延遲，熱電偶檢測出的溫度變動(dòng)的振幅比爐溫變動(dòng)的振幅小。 測量滯后越大，熱電偶的波動(dòng)振幅越小，與實(shí)際爐溫的差也越大。 用時(shí)間常數大的熱電偶測溫或控制溫度時(shí)，儀表顯示的溫度變動(dòng)小，但實(shí)際爐子的溫度變動(dòng)可能大。 為了準確測量溫度，請選擇時(shí)間常數小的熱電偶。 時(shí)間常數與傳熱系數成反比，與熱電偶的熱端直徑、材料密度和比熱成正比，為了減小時(shí)間常數，除了增加傳熱系數以外，zui盡量減小熱端的尺寸是有效的。 使用中，通常采用熱傳導性好的材料，管壁薄，內徑小的保護套，如高靈敏度的護套熱電偶，采用變徑技術(shù)的小惰性熱電偶產(chǎn)品。 在較精密的溫度測量中，使用的是沒(méi)有保護套的裸線(xiàn)熱電偶，但熱電偶容易破損，請立即進(jìn)行校正更換。 3 .有熱阻誤差的高溫爐使用煤和焦油作為燃料，時(shí)間一長(cháng)保護管上就會(huì )堆積煤灰，如果焦炭附著(zhù)灰塵，熱阻就會(huì )增加，阻礙熱的傳導。 這種情況下，溫度顯示值比被測定溫度的真實(shí)值低。 因此，應保持熱電偶保護管的外部清潔。 三、熱電偶測溫計的測量誤差主要有以下幾種情況。 由于熱電偶的材料成分不能?chē)栏駶M(mǎn)足要求的再現和均勻性等原因，熱電偶的分度誤差使熱電偶的熱電特性中實(shí)際的喜歡電位與標準分度略有不同。 2 .由于補償導線(xiàn)和熱電偶的熱電特性不完全相同而產(chǎn)生的誤差各種熱電偶補償導線(xiàn)的允許誤差范圍如下:白金熱電偶<； O.03℃鎳柵-鎳硅熱電偶<； O.15℃鎳鉻-銅熱電偶<； 0.15℃ 3 .冷端溫度變化引起的誤差冷端灰度補償使用補償橋時(shí)，熱電偶的電位特性和產(chǎn)生補償橋的電位僅在設計點(diǎn)的20℃或50℃完全補償，其他溫度在熱電偶特性的非線(xiàn)性上不完全一致，因此產(chǎn)生一定的誤差。 其他方法的冷端補償是由于測量?jì)x器或其他原因造成誤差4 .熱電極的變質(zhì)，例如應力分布、氧化等，出廠(chǎng)后熱電偶的性能發(fā)生變化而產(chǎn)生的誤差。 5 .使用絕緣不良引起的誤差熱電偶時(shí)，請注意兩熱電偶的電極間以及地線(xiàn)間的絕緣。 否則，電位下降會(huì )影響測量精度。

三、解決辦法1 .熱電偶的基本誤差:誤差是熱電偶本身固有的，也包括上述極標準的傳遞誤差。 解決方法:通過(guò)檢定檢查的方法將溫度控制在允許偏差范圍內，或通過(guò)實(shí)際測溫修正熱電偶的偏差，可以得到真正的溫度。 熱電偶材料不均勻性引起的誤差:該誤差與材料不均勻性相關(guān)的溫度變化越大，熱電偶各點(diǎn)的溫度差越大，材料不均勻性的影響也越大。 解決方法:用退火的方法可以削弱，但不能完全消除。 2 .測量?jì)x表誤差:該誤差的大小由儀表的精度等級決定。 解決方法:定期檢定，保證儀表等級。 3 .動(dòng)態(tài)誤差:溫度變化后，測溫計不能立即指出變化的溫度，引起讀取誤差。 熱電偶時(shí)間常數的大小是決定動(dòng)態(tài)誤差大小的主要因素。 解決方法:對于快速變化的溫度，由于測溫元件的熱浸潤性，動(dòng)態(tài)誤差可能會(huì )變大，因此應采用小的慣性熱電偶，或者選擇采樣率高的儀表進(jìn)行解決。 用熱傳導性好的材料做保護管，管壁薄，內徑小。 減小保護管和熱電偶測量端之間的氣隙。 增加測量端介質(zhì)的流速，加速對流傳熱。 4 .絕緣不良引起的誤差:使用熱電偶時(shí)若兩熱電極間及大地之間沒(méi)有良好的絕緣，則有熱電勢損失，直接影響測量結果的準確性，嚴重時(shí)會(huì )影響儀表的正常運行。 解決方法:將熱電偶的導線(xiàn)與鐵管連接，將鐵管接地。 由于熱電偶懸浮在空中，所以熱電偶不與爐壁的耐火磚接觸。 將基準端接地，經(jīng)由電容足夠大的電容器將該基準端接地到熱電偶(或補償導線(xiàn))的輸出端的一端。 屏蔽時(shí)，通過(guò)金屬屏蔽將泄漏的電流直接接地，防止流入測量電路，可消除干擾誤差。 5 .熱交換引起的誤差。 熱電偶測溫時(shí)，存在復雜的換熱過(guò)程。 由于溫度反復傳遞，因而測定端的溫度與被測定介質(zhì)的溫度不完全一致，因而產(chǎn)生測定誤差。 克服方法有確定和修正傳遞誤差大小的方法。 二是采取措施將傳熱誤差減少到允許范圍內。 6 .輻射誤差的解決方法:在管壁外敷設隔熱層，減小管壁與被測介質(zhì)的溫度差。 減小保護管的外徑以及保護管、熱電極的黑度(輻射)系數。 在熱電偶管壁之間安裝防輻射罩，減少之間的直接輻射。 增加被測定介質(zhì)在熱電偶測定端流動(dòng)的流速，增加對流傳熱。 7 .不正確安裝誤差:熱電偶安裝是否合理，對測量結果有重要影響。 解決方法:熱電偶實(shí)際上處于能代表被測介質(zhì)溫度的地方。 熱電偶需要足夠的插入深度，一般為熱電偶保護管外徑的8~10倍以上。 防止熱損失。 保護管露出外部應盡量短，加保溫層。 被測介質(zhì)有負壓時(shí)，熱電偶的安裝必須嚴格密封，以免外部空氣影響測量的準確性。 請盡量避免熱源、強磁場(chǎng)、電場(chǎng)的干擾。 8 .現場(chǎng)使用引入的測量誤差。 如果基準端溫度過(guò)高，則導入的測定誤差基準端溫度過(guò)高，測定誤差分析補償導線(xiàn)處于(0~100)℃的范圍內，因此補償導線(xiàn)的熱電特性與熱電偶的熱電特性相同。 超過(guò)該溫度范圍時(shí)，補償導線(xiàn)和熱電偶的熱電特性大不相同，因此會(huì )產(chǎn)生測量誤差。 解決方法:熱電偶保護管與爐壁之間的間隙用絕熱物堵塞，避免爐溫的熱輻射，將基準端保持在100℃以?xún)取?9 .將導線(xiàn)和熱電偶相反導入的測量誤差進(jìn)行補償的熱電偶和補償導線(xiàn)的極性相反，測量誤差分析的補償導線(xiàn)有正和負的區別，相反沒(méi)有補償作用，產(chǎn)生更大的誤差。 根據中間溫度法則，如圖所示正確設計的熱電勢e總是e總=E(T，TA)+E(TA，t0) 1100000006 t0) 00000653解決方法:正確連接補償導線(xiàn)。 9導線(xiàn)與熱電偶的形式不一致時(shí)，補償導入的測量誤差的補償導線(xiàn)和導入了熱電偶形式不一致的測量誤差分析補償導線(xiàn)，在基準端溫度和﹙0~100﹚℃的范圍內，與配電的熱電偶的熱電特性相同。 000000000006 e1( t，ta)=e '總-E2(TA，T0)如果補償導線(xiàn)不符合熱電偶形式，則會(huì )導致較大的測量誤差。 解決方法:使用與熱電偶的熱電特性相同的補償導線(xiàn)進(jìn)行連接。 10 .不使用補償導線(xiàn)導入的測量誤差不使用補償導線(xiàn)導入的溫度測量誤差分析:根據均質(zhì)導體和中間溫度的規律。 這是因為與(與性質(zhì)導體接觸而不產(chǎn)生熱電勢)的圖式不像E(T，T0)=E(T，TA)+E(TA，T0)那樣補償引線(xiàn)熱電勢E(T，TA)=E(TA，TO )。 e '總= E(T，T0) E (T，T0)=E(TA，TO )解決方法:用同形式的補償導線(xiàn)與熱電偶連接。 四、結束語(yǔ)熱電偶測溫誤差除了上述原因以外，其他因素也影響測定，例如補償引線(xiàn)的極性的影響，顯示基準端溫度的影響，顯示儀表和DCS自身的影響等，從維護的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，只要介質(zhì)溫度不太高，就必須盡量使用熱阻來(lái)測定溫度，熱阻與引線(xiàn) 因此，設計時(shí)測溫元件的選擇也很重要。 也就是說(shuō)，無(wú)論采用什么樣的測溫元件，正確把握熱電偶的測溫原理，正確分析誤差產(chǎn)生的原因，對于儀表維護人員來(lái)說(shuō)都是不可或缺的。

本文熱電偶高頻詞： 測量  誤差 

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