热电偶温度跳跃问题的处理措施

摘要:热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，能够直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电器仪表转换成被测介质的温度，对热电偶在测温过程中出现的温度跳跃问题产生的原因进行简要分析，并提出相应的解决方案，为热电偶在实际工程测量中的运用提供参考。
　　热电偶在测温过程中会受到多种因素的影响，例如:测量环境、气温、绝缘材料和保护管材料的污染等，会使测量结果产生偏差，而且在使用一段时间后，其热电性能会发生改变，特别是在高温腐蚀的情况下，变化尤为明显，这些都会导致测温过程出现问题，针对其中的温度跳跃问题进行分析与处理。
一、热电偶测温原理
　　热电偶是温度传感器所依据的原理，其来源于1928年赛贝克发现的热点效应。将两种不同材料的导体或半导体A和B任意-端焊接在一起就构成了热电偶。在此过程中的导体或半导体A和B被称为热电极，插入测温场所、被焊接的一端是工作端，另--端被称为冷端，当二者出现温差时就会产生热电势，这个物理现象就被称为热电效应或者赛贝克效应，而其中的热电势被称为赛贝尔克电势。闭合回路中产生的热电势由两种电势组成:温差电势和接触电势，温差电势是指:同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量要比低温端的电子能;量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电。因此，在导体两端就形成了温差电势。而接触电势顾名思义就是指两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自有电子的密度，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的金属B,使A失去电子带正电，B得到电子带负电从而产生接触电势，接触电势的大小取决于导体或半导体A、B的性质以及它们接触点的温度。
二、热电偶温度跳跃问题产生的原因
　　在运用热电偶进行测温过程中，常常会出现一种情况:热电偶热电动势极不稳定，一般都是在-500℃到500℃之间跳跃，然而真正的温度应该是300℃左右，出现这种情况的原因可能有以下几点;
1.热电极被玷污和腐蚀
　　热电极被玷污和腐蚀主要针对的是高温环境，在热电偶的使用过程中，由于受保护管杂质和环境气氛等因素的影响，很容易被玷污和腐蚀，一-旦这种现象发生，就会导致热电偶的热电特性与原来的分度特性发生偏离，从而造成了温度上的不稳定，产生了误差。玷污、腐蚀的程度越大，热电特性改变程度越大，误差也就越大。反之，玷污、腐蚀程度越小，热电特性改变程度越小，误差也就越小。这就是造成热电偶温度跳跃问题的主要因素之一。
2.热电偶接线盒内部有污染物
　　在电气线路中，接线盒是电工辅助材料中的一种，接线盒主要起过渡的作用，因为装修用的电线是穿过电线管的，当线路比较长或者电线管要转角时，就需要在电线的接头部位采用接线盒，从而起到保护电线和连接电线的作用。在热点偶中使用接线盒主要是为了连接热电偶和补偿导线，虽然热电偶接线盒的出线孔和盖子都用垫圈加以密封，但是还是很难保证没有污染物落入其中，例如:导电液体、潮湿粉尘、金属液体等，从而使接线的可靠性难以得到保证，使得热电偶测温不准确，在测温过程中出现了温度跳跃问题。
3.测温过程中受到干扰
　　测温过程中受到的干扰主要来源于热电偶内部和外部环境，在内部，如果是在高温环境中，热电偶绝缘材料和加热炉的耐火砖的绝缘性能就会降低，从而使发热体、炉砖、绝缘材料以及热电偶保护管泄漏，造成加热炉的电源与热电极的直接接触，产生了漏电干扰。在外部，主要受大功率电动机、变压器、强电流导线的影响，使热电偶测量回路附近产生较大的交变磁场、高压电厂或较大的地电流，这些都造成了附加电动势在测量回路中的产生，使得测温过程中出现了温度跳跃问题。
三、对热电偶温度跳跃问题的解决方案
1.正确选择保护管材料和绝缘材料
　　在实际生活中使用热电偶时，除了极特殊的情况，例如:快速测量的场所中所使用的裸露电热偶，不需要保护管，其他情况都是需要加保护管的。而保护管对热电偶稳定性影响极大，因此要依据使用条件,选择不同的保护管材料。金、银及铂族金属等8种元素称贵金属，由这些金属或合金构成的热电偶称贵金属热电偶，除此之外统称廉金属热电偶，如镍基合金热电偶及难熔热电偶金属等。贵金属热电偶抗金属蒸汽的能力差，因此不适宜采用金属或合金材料做保护管，而廉金属热电偶抗金属蒸汽的能力较强，一般可直接采用金属或合金做保护管。
　　除此之外，还要注重绝缘材料的选择，因为这也是引起热电极受污染的重要因素之一。绝缘材料具有耐高温、耐腐蚀、用途广、效用多、重量轻且坚固等特性，在目前的绝缘材料中，应用的最多的就是氧化铝，但是氧化铝对热电极却有着一定的影响，因为氧化铝中所含有的二氧化硅(Si02)在高温还原性气氛中，能够被还原成金属Si,从而使铂电极受到污染，使热电极被熔断。同时，氧化铝中所含有的氧化亚铁(Fe0)，在同等气氛中，会被还原成金属Fe,铁受到了铂的污染，导致了热电特性漂移现象的产生。而且相关实验证明，在氩气与中真空中用贵金属热电偶测温时，若使用高纯氧化铝作绝缘管，热电极受污染程度与其自身粗细有直接的关系，热电极越粗，受Fe污染的影响越小。所以，在对绝缘材料进行选择时，要选用高纯铁处理的氧化铝绝缘管，而且还要最大限度的使用粗一点的热电极。
2.对热电偶接线盒进行仔细检查
　　由于工作人员的疏忽大意，使热电偶与补偿导线和测温仪表之间出现人为故障，导致热电偶检测安装后，在测量温度时仍然会出现温度跳跃的情况。所以，要对热电偶接线盒进行仔细的检查，检查要点如下:
(1)接线盒中是否有污染物
(2)补偿导线与热电偶配置是否不当
(3)热电偶与测温仪分度号是否一致
(4)补偿导线是否接错
　　当发生以上四点问题时，一方面耍将热电偶接线盒认真清洗并烘干，从而保证接线的可靠性,避见测温过程中出现温度跳跃问题;另方面,如果将热电偶的两个补偿导线接反了，就会出现温度跳负数的情况，此时仪表就无法正常工作，无法显示真正的温度，补偿导线就相当于一支在0-100℃范围内的热电偶，它的电流如热电偶般，山正极经参考端流向负极。因此，在对热电偶进行连接时补偿导线的正负极与热电偶的正负极应该足相对应的，而不足相反的，如果相反了，不仅使补偿的作用得不到发挥，还会使热电偶中的一部分热电势被抵消，使仪表所显示的温度偏低。同时，补偿导线与热电偶之间的型号也是相对应的，也就足说热电偶和所配会使用的补偿导线在规定范围内必须一致。
3.实行一些抗干扰措施
(1)将铁管接到地上，并将热电偶的引线穿在铁管里面，若想实现更好的抗+扰效果，可以试着将热电偶引线纹起来。
(2)将热电偶的测量端接地，从热电偶测量端引出一根金属丝直接接地。这是因为高温漏电发生频率最高的地方就足热电偶测量端附近，将测量端接地，在抗干扰上能够达到很好的效果。但采用这种抗干扰措施时，所要注意的是:选用的金属丝要耐得住高温，这样才能对电极进行有效的保护。
(3)将热点偶置于空中，使热电偶与炉壁间的耐火砖不发生接触。在使用这种抗干扰措施时，应该对热点偶进行垂直安装，这样才能有效避免保护管变形现象的产生，从而降低热量的损失，增强测温的稳定性。
(4)可以采用屏蔽方法。这种抗干扰措施能够使泄漏的电流不再流入测量回路，而是经过金属屏蔽物直接接地，从而能够最大限度的降低跳跃问题发生的几率。
结语:
　　总之，在热电偶测温过程中，产生温度跳跃问题的原因还有很多，例如:热电偶接线柱和热电极接触不良、仪表连接处不牢固、热电偶安装不牢固等。对于所出现的每一个问题,都要进行科学细致的分析，提出最佳解决方案，这样才能有效避免热电偶温度跳跃问题的产生。