溫度測溫系統中常用于zui的溫度傳感器熱電偶，但現場(chǎng)認為熱電偶的2根線(xiàn)結構簡(jiǎn)單，如果熱電偶在使用前未進(jìn)行測試或正確使用，在現場(chǎng)使用時(shí)會(huì )產(chǎn)生各種問(wèn)題。 例如，安裝和不適當的使用會(huì )引起較大的測量誤差，檢定合格的熱電偶也不適當，使用時(shí)不合格，在滲碳等還原性氣氛中，不注意的話(huà)，k型熱電偶也會(huì )因選擇氧化而極端惡化。 為了提高測量精度，減少測量誤差，延長(cháng)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。 熱電偶在溫度測量中承擔著(zhù)不可或缺的作用，作為影響測量誤差的主要原因，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zui很重要的。 測溫點(diǎn)的位置在生產(chǎn)過(guò)程中必須是典型的、非典型的，否則會(huì )喪失測量和控制的意義。 (2)插入深度熱電偶插入被測量場(chǎng)所后，沿傳感器的長(cháng)度方向產(chǎn)生熱流。 環(huán)境溫度低的話(huà)會(huì )有熱損失。 熱電偶與被測量對象的溫度不一致，產(chǎn)生測溫誤差。 也就是說(shuō)，熱傳導引起的誤差與插入深度有關(guān)。 插入深度與保護管的材質(zhì)有關(guān)。 金屬保護管熱傳導性好，插入深度深(直徑的1520倍左右)，陶瓷材料絕熱性好，可以插入淺(直徑的10-15倍左右)。 關(guān)于工程的測溫，其插入深度也與測量對象靜止或流動(dòng)等狀態(tài)有關(guān)。 例如，流動(dòng)的液體和高速氣流的溫度的測定不受上述限制。 插入深度可以很淺。 具體數值應由實(shí)驗決定。 2 .響應時(shí)間的影響接觸法測溫的基本原理是測溫元件與被測量者達到熱平衡。 因此，測溫時(shí)需要保持一定的時(shí)間，使兩者達到熱平衡。 保持時(shí)間的長(cháng)度與測溫元件的熱響應時(shí)間有關(guān)。 熱響應時(shí)間主要根據傳感器的結構和測量條件而有很大差異。 對于氣體介質(zhì)，特別是靜止氣體，在為了取得平衡必須保持至少30min以上的液體中，zui也立即變成5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場(chǎng)所，特別是瞬間變化的過(guò)程，全過(guò)程要求僅為1秒，傳感器的響應時(shí)間要求為毫秒水平。 因此，一般的溫度傳感器不僅會(huì )使被測定對象的溫度變化速度產(chǎn)生延遲，還會(huì )因未達到熱平衡而產(chǎn)生測定誤差。 zui較好選擇響應快的傳感器。 對熱電偶來(lái)說(shuō)，除保護管的影響外，熱電偶的測量端徑也是其主要因素，偶數線(xiàn)越細，測量端徑越小，熱響應時(shí)間越短。 測溫元件的熱響應誤差可通過(guò)下式求出[1]。 由于Δθ=Δθ0exp(-t/τ)(21 )式中的t測定時(shí)間s、δθ為t時(shí)刻、測溫元件的誤差、k或℃Δθ0“t=0”時(shí)刻、測溫元件的誤差、k型熱電偶或℃τ時(shí)間常數Se的自然對數的底(2.718 )，因此在t=τ的情況下，Δθ=Δθ0/e為0.368、t=2τ的差 當被測定對象的溫度以一定的速度α(k/s或℃/s )上升或下降時(shí)，經(jīng)過(guò)充分的時(shí)間后產(chǎn)生的響應誤差，用Δθ∞=-ατ(22 )式中δθ∞經(jīng)過(guò)充分的時(shí)間后測溫元件引起的誤差來(lái)表示。 由式( 22 )可知，響應誤差與時(shí)間常數(τ)成比例。 為了提高檢定效率，很多企業(yè)都采用了自動(dòng)檢定裝置，對進(jìn)入工廠(chǎng)的熱電偶進(jìn)行了檢定，但是這個(gè)裝置還不夠完善。 二汽變速箱工廠(chǎng)的熱處理廠(chǎng)，如果400℃的恒溫時(shí)間不夠的話(huà)，很容易誤判為沒(méi)有達到熱平衡。 3 .熱輻射的影響插入爐內的測溫用熱電偶被高溫物體的熱輻射加熱。 假設爐內氣體透明，熱電偶和爐壁的溫度差大，會(huì )因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。 單位時(shí)間內兩者交換輻射能量為p，P=σε(Tw4-Tt4)(23 )式中的σ斯特藩茲常數ε輻射率Tt熱電偶的溫度、KTw爐壁的溫度、k單位時(shí)間內熱電偶與周?chē)臍怏w(溫度t )對流因熱傳導而產(chǎn)生熱交換的能量為p'p'=αa(t-Tt)(24 ) 其誤差，因為T(mén)t-T=σε(Tt4-Tw4)/αА(25 )相對于單位面積為T(mén)t-T=σε(Tt4-Tw4)/α(26 )，所以為了減少熱輻射誤差，應該增大熱傳導，使爐壁溫度Tw盡可能接近熱電偶的溫度tt . 熱阻增加的影響在高溫下使用的熱電偶，如果被測定介質(zhì)是氣體，則堆積在保護管表面的灰塵等溶解在表面，如果保護管的熱阻增大的被測定介質(zhì)是熔體，則在使用中熔渣堆積，不僅熱電偶的響應時(shí)間增加，指示溫度也降低。 因此，除定期檢定外，為了減少誤差，還需要經(jīng)常進(jìn)行吸引檢查。 例如，輸入的銅熔爐不僅具備測溫熱電偶，還具備用于及時(shí)校正連續測溫用熱電偶的精度的消耗型熱電偶測溫裝置。 4、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量室進(jìn)行檢測時(shí)，按照規定的要求，插入檢測爐的深度只有300mm。 因此，各熱電偶的檢定結果，準確地說(shuō)只能表現距離測定端300mm的燈絲的熱電行為，但是，熱電偶的長(cháng)度長(cháng)的情況下，大部分燈絲處于高溫區域，如果熱電偶的燈絲均質(zhì)，則根據均質(zhì)電路的規律，測定結果與長(cháng)度無(wú)關(guān)。 但是，熱電偶線(xiàn)材不均質(zhì)，特別是廉價(jià)的金屬熱電偶線(xiàn)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，將該電動(dòng)勢稱(chēng)為寄生電位。 寄生電位引起的誤差稱(chēng)為不均勻誤差。 現有的貴金屬、廉價(jià)金屬熱電偶檢定規程中，沒(méi)有規定熱電偶的不均勻性，在熱電偶芯線(xiàn)基準中，對熱電偶芯線(xiàn)的不均勻性有一定的要求。 對廉價(jià)金屬熱電偶采用首尾檢驗法求出不均勻的熱電動(dòng)勢。 正規熱電偶的線(xiàn)材制造商，按照國家的標準，生產(chǎn)不均勻的熱電動(dòng)勢滿(mǎn)足要求的產(chǎn)品。 (2)使用熱電偶線(xiàn)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(mǎn)足，但通過(guò)反復加工彎曲，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(cháng)時(shí)間變得高溫，熱電偶也會(huì )因偶數線(xiàn)材的劣化而變化。 例如，插入工業(yè)爐的熱電偶沿偶數線(xiàn)材的長(cháng)度方向劣化，隨著(zhù)溫度升高劣化變強，劣化的部分處于具有溫度梯度的場(chǎng)所時(shí)，寄生電動(dòng)勢與總熱電動(dòng)勢重疊，產(chǎn)生測定誤差。 作者在實(shí)踐中發(fā)現，某熱電偶在計量部門(mén)認定的產(chǎn)品(多為賤金屬熱電偶)在現場(chǎng)使用時(shí)不合格。 再次返回計量部門(mén)檢定合格，其主要原因是偶然線(xiàn)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(zhù)其長(cháng)度的增加而增加。 均受熱電偶線(xiàn)材不均質(zhì)性的影響。 也就是說(shuō)，不均質(zhì)即寄生電動(dòng)勢引起的誤差依賴(lài)于熱電偶芯線(xiàn)自身的不均質(zhì)度和溫度梯度的大小，其定量極其困難。 5、短距離有序結構的變化( k狀態(tài))的影響。k型熱電偶在250℃600℃的溫度范圍內使用時(shí)，其微觀(guān)結構發(fā)生變化，形成短距離有序結構，因此是影響熱電勢值而產(chǎn)生誤差的所謂k狀態(tài)。 這是NiCr合金特有的晶格變化，Cr含量在530%范圍內存在原子晶格紊亂的變化。 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)，測量該點(diǎn)的電位。 在450℃時(shí)偏差zui可達到4℃，在350600℃范圍內為正偏差。 由于k狀態(tài)的存在，k型熱電偶的升溫或降溫檢測結果不一致，廉潔金屬熱電偶檢測規程明確規定了檢測步驟:從低溫升溫檢測到高溫。 而且，在400℃檢測點(diǎn)，不僅傳熱效果差，而且難以達到熱平衡，正好在k狀態(tài)誤差zui的廣泛范圍內。 因此，在對這一點(diǎn)進(jìn)行合格與否判定時(shí)必須慎重。 NiCr合金的短程有序結構變化的現象，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。 很難正確地評價(jià)偏差的大小。 6、套管熱電偶的分流誤差: (1)分流誤差瓦軸集團碳滲透爐用套管熱電偶只允許使用一周。 為探討原因，作者曾去過(guò)現場(chǎng)，未發(fā)現異常，應從爐中取出并通過(guò)計量室檢定結果。 那么問(wèn)題是什么呢？ zui后，根據該支熱電偶現場(chǎng)設置的特點(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，是指用鞘熱電偶測量爐溫時(shí)，如果熱電偶的中間部存在超過(guò)800°C的溫度分布，則其絕緣電阻下降，熱電偶的顯示值產(chǎn)生異常的現象稱(chēng)為分流誤差。 根據均質(zhì)電路的規律，用熱電偶測溫的只有測量端和基準端的兩端溫度，與中間溫度分布無(wú)關(guān)。 但是，由于護套熱電偶的絕緣物為粉末狀MgO，因此溫度每上升100°C，絕緣電阻就會(huì )下降一位數，中間部分的溫度高的話(huà)一定會(huì )產(chǎn)生漏電流，熱電偶的輸出電位會(huì )出現分流誤差。 ①K型與s型相比，k型熱電偶的導線(xiàn)電阻大于s型，因此容易發(fā)生分流誤差。 ②在外徑相同的鎧裝熱電偶中，熱電偶導線(xiàn)束越細，分流誤差越容易發(fā)生。 (2)產(chǎn)生分流誤差的條件將鞘熱電偶水平插入爐內，其規格和實(shí)驗條件為直徑ф4.8mm、長(cháng)度25m、中間部加熱帶的長(cháng)度20m、溫度1000℃。 在此次實(shí)驗中，熱電偶的測量端和中間部的溫度差為200℃。 如果測量端溫度高于中間部分，則產(chǎn)生負誤差。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(lèi)和直徑等因素有關(guān)[2]、7、分流誤差的影響因素和對策在高溫下鞘熱電偶中發(fā)生分流誤差的現象備受關(guān)注，因此，為了理解分流誤差的影響因素，減少或消除分流誤差的影響，必須采取適當的對策。 (1)護套熱電偶的直徑，對于長(cháng)9米的k型護套熱電偶( MgO絕緣)，只加熱熱電偶的中間部。 實(shí)驗結果表明，分流誤差的大小與直徑的平方根成反比(直徑越細，不遵守該法則)，即直徑越細，分流誤差越大。 中間部的溫度超過(guò)800℃時(shí)，在ф3.2mm護套熱電偶中產(chǎn)生分流誤差。 但是，對于ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱電偶，中間部的溫度為900℃時(shí)，未發(fā)現分流誤差。 在φ6.4mm (熱電極線(xiàn)直徑φ1.4 mm )和φ8mm (熱電極線(xiàn)直徑ф2.0mm )的護套熱電偶中，中間部溫度為1100℃時(shí)，直徑φ8mm的護套熱電偶產(chǎn)生的分流誤差僅為φ6.4mm的一半。 該數值( 50% )近視于兩種鞘熱電偶的線(xiàn)電極徑的平方比(1.42/2.02 )，線(xiàn)電極徑的平方比是線(xiàn)電極的電阻比。 因此，為了減少分流誤差，請選擇直徑盡可能粗的護套熱電偶。 (1)當中間部的溫度超過(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(zhù)溫度的上升呈指數性增大。 因此，除測量端以外，盡量不要超過(guò)800℃。 (2)中間部加熱帶的長(cháng)度及位置中間部加熱帶的溫度超過(guò)800℃時(shí)，加熱帶的長(cháng)度變長(cháng)，越遠離測定端分流誤差越大。 因此，請盡量縮短加熱帶的長(cháng)度，不要在遠離測量端的地方加熱，減少分流誤差。 (3)熱電偶絲的電阻在護套熱電偶的直徑相同時(shí)，分流誤差隨著(zhù)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，應用s型熱電偶可測量爐內溫度場(chǎng)的分布，費用高，但正確。 (4)在絕緣電阻的高溫下，氧化物的電阻率隨著(zhù)溫度的上升而指數下降，分流誤差的大小主要依賴(lài)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，請采用直徑盡可能粗的護套熱電偶，加厚絕緣層的厚度。 上述措施無(wú)效的，應采用裝配式熱電偶。 8 .使用環(huán)境的影響(1)在含有選擇氧化Fe的NiCr合金中，氧分壓低于特定值時(shí)，與O2親和力大的Cr選擇氧化，是NiCr合金特有的晶界氧化。 用顯微鏡觀(guān)察外表面的氧化層，可以看到綠色析出物，這種現象一般稱(chēng)為“綠食”。 特別是在溫度為800℃1050℃的范圍內，體系內含有CO、H2等還原性氣體時(shí)，k型熱電偶的正極更容易發(fā)生選擇氧化。 這種Cr含量下降引起的熱電勢下降，成為k型熱電偶在熱處理行業(yè)長(cháng)期使用的限制因素。 如果氣體純凈，系統不含氧，就可以延長(cháng)熱電偶的壽命。 但是，熱電偶芯線(xiàn)表面有氧化層的話(huà)，能夠供給Cr的選擇氧化的氧。 因此，在非氧化性環(huán)境下使用時(shí)，請使用干凈研磨過(guò)的偶數線(xiàn)。 同時(shí)，請盡量避免在具有微量氧氣的惰性氣體和氧分壓低的空氣中使用。 當保護管長(cháng)徑較大(即保護管較細)時(shí)，因空氣循環(huán)不良而成缺氧狀態(tài)，其殘留少量氧仍能為Cr的選擇氧化提供條件。 (2)選擇氧化的對策為了防止或緩和k型熱電偶的選擇氧化引起的劣化，除了在材質(zhì)方面進(jìn)行改善之外，還選擇應該采取熱電偶結構上的對策的①與氧的親和性比Cr強的金屬作為吸氣劑，封入保護管內，防止Cr的選擇氧化，通過(guò)增加保護管的直徑或吹氣的方法進(jìn)行氧 ②組裝式熱電偶實(shí)體化。 實(shí)體碳滲透爐用熱電偶，具有密封結構的組裝式熱電偶，可以防止Cr的選擇氧化，經(jīng)過(guò)十幾家企業(yè)多年的使用證明，該方案是有效的。 壽命超過(guò)12個(gè)月，用戶(hù)滿(mǎn)意。 (3)使用環(huán)境影響熱電偶的穩定性，由于使用溫度、環(huán)境不同，同一種傳感器，例如k型熱電偶的zui高使用溫度也隨直徑變化，直徑相同的k型熱電偶根據結構的不同穩定性也有很大差異。

本文熱電偶高頻詞： 測量  誤差 

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