提高廉金属热电偶温度测量正确性方法

摘要:在检定廉金属热电偶上下展和中间温度点后，通过经验公式和数学算法求出在检定点外的温度点的修正值，理论计算值与实际检定值比对从面得到廉金属热电偶在检定点外的温度点修正值的计算方法和经验公式。
0引言
　　温度传感器不论是在科学研究还是工业生产领域，,它的应用都是十分广泛的。从目前的应用范围来看，工业.上使用较多的温度传感器主要有两种类型，即热电阻和热电偶，在工业领域一般热电阻应用较多的是三线制的Pt100,热电偶应用较多就是工业I级或II级廉金属热电偶，而这其中尤以K型热电偶据多。主要论述提高工业廉金属测温准确性的方法。
　　在工业廉金属热电偶送至相关计量部门后，如果客户未要求检定温度点的时，计量部门会根据偶丝直径和检定规程要求来确定检定温度点，一般而言检定400,600℃和800℃三个温度点较多，当然如果客户有要求就按照客户要求来进行检定。热电偶在实际使用中，客户经常会用到温度范围内其他未检定的温度点，多数用户通常会采用内插的方法来确定该温度点的修正值，将主要针对目前工业上使用较多的K型廉金属热电偶，结合实际的校准试验数据和使用经验，来确定其他温度点的修正值，从而找到最佳的方法，确保其准确可靠。
1温度传感器的检定
　　温度传感器在使用中需要定期送到相应的计量机构进行检定，检定合格才能作为计量设备使用。
　　对于K型热电偶温度传感器，根据JJC351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求，I级热电偶的允许偏差为±1.5℃或±0.4%t,II级热电偶的允许偏差为±2.5℃或±0.75%t。K型热电偶检定温度点根据偶丝的直径不同而有所不同，一般按照表1的要求来确定检定温度点。通过测出的实际电势值与标准热电偶的电势值相比较,转换成温度的示值误差即可判断出该支热电偶的等级。
 
2温度传感器的测温特性
　　对于K型热电偶来讲，其电势和温度存在如下关系:
　　在-200~1372℃范围之间
 
式中:E为电势值，mV;t90为90温标下的温度值,C;c:为系数，不同温度段对应的系数不同。
2.1温度差值和温度值构成二次曲线方法
　　通常来讲，一支K型热电偶温度传感器的测温方法主要是根据测出的电势值去查分度表或者依据上述的计算公式求出其对应的温度，如果不是采用冰瓶补偿则需要将冷端温度考虑进去。有时为了测试的准确性和可靠性，使用前需要对热电偶使用到的温度点进行测试前的校准，得到修正值，确保实际使用过程温度示值的准确，相对而言这种做法的可靠性更为高些，但并不是所有部门都能做到测试前对使用温度点的校准，因此这里提出了一种对K型热电偶传感器进行修正的方法(参考贵金属热电偶百度计算)，由于K型热电偶具有较好的线性度，灵敏度较高，因此建立如下数学模型
 
　　式中:△E(t)为检定温度点的理论电势值和实际电势值之差，mV;E(|)为在检定温度点的实际电势值，mV;
　　Ek[(1)为在检定温度点的理论电势值，mV;t为检定温度点,℃;a,b,c为系数。.
　　若在t1,t2,t3三个温度点下检定某K型热电偶，得到实际的电势值为E(t1),E(t2)和E(t3)，于是可以达到与理论之对应的电势值差△E(t1),△E(t2)和△E(t3)，由此建立如下的方程组
 
　　通过上述的系数a,b,c值，在实际的测试中就可以根据检定的温度点而给出其他温度点的电势修正值。
2.2内插方法
　　内插法主要用是根据检定的两个温度点来确定内插方程，然后根据方程代人需要计算的修正点得到该温度点计算出的修正值。设检定点温度分别为T1,T2,T3,时，修正值分别为△T1,△T2,△T3。
假设欲求温度T下的修正值△T,且T1,<T<T2,则按线性差值的方法有如下关系:
 
3测试数据比对验证
　　为了验证上述给出的测试方法的可靠性，选两支K型工业热电偶(1#，2#)进行标定，并采用两种方法计算最后的结果。
　　对550，700,850,1000℃和1100℃五个点进行校准，其测试的温度点与实际电势值对应关系如表2。
3.1温度差值和温度值构成二次曲线方法验证
　　1#K型热电偶，根据上述的550，850℃和1100℃三个点校准结果求出系数a,b,c,有三个点校准结果求出系数a,b,c,有
 
　　热电偶现场测得两个温度点的电势值分别为29.2221mV和41.4143mV,利用公式或分度表可以得到其分别对应的温度为702.20℃和1003.54℃,将换.算后的温度值代人电势修正公式得到这两个点的电势误差值，即
 
　　通过对修正后的电势进行温度换算，可以得到该电势下的实际温度值，即
T1=699.9977℃，T2=1000.17209℃
　　同样，在测得电势值分别为29.2081mV和41.4077mV时，按照上述方法可以得到2#传感器的两个计算温度值，具体比较如表3。
 
　　通过上表的数据比较可以看出理论计算值与检定值相差很小，尤其是低温段，该方法可用。
3.2内插方法验证
　　1#K型热电偶根据550℃和850℃两个温度点计算700℃的修正值，根据850℃和1100℃两个温度点的值计算1000的修正值，2#也以同样的方法计算，具体的理论计算与实际校准比较如表4。
 
　　通过表4数据可以看出，在线性度较好的热电偶传感器选用内插法也是一种很好的方法。
4小结
　　上述所提出的热电偶的检定点外的温度点修正值的计算方法并不是一成不变的，由于受到传感器的稳定性影响，在使用一段时间后电势值会发生漂移，即使标定过的温度点也会发生波动，因此上述方法只适用于传感器在标定后的短时间内使用，对于一些廉金属热电偶可以通过上述方法计算其他温度点的修正值，减少因检定点较多而额外增加的检定费用。