热电偶计量校准中的技术问题

摘要:热电偶温度计因其测温正确性高，响应速度快等优点，被广泛应用于工业领域。常见的热电偶类型有K型、T型、E型、S型等。对于不同类型的热电偶有不同的适用场景和测温范围。主要阐述在实际计量校准过程中遇到的一些技术问题，诸如对热电偶外壳绝缘层的选择，热电偶的养护，正确的接线，尽可能提高其使用寿命，提高测温正确性等。对于热电偶如何选择，在平时的工作中如何规范使用，在计量校准过程中需要注意的事项，尽可能减小测量误差等问题进行分析与探讨。
0引言
　　热电偶是由两种不同材料的导体成为两个电极,将其两个电极一端焊接在-起形成测量端，在进行测温时放置于被测温度场中，另一端为参考端，测量时置于恒定温场中。基于塞贝克效应，利用温度与热电动势的线性关系进行测温。常用的热电偶有K型(镍铬-镍硅)、T型(铜-镍铜)、E型(镍铬-铜镍)等热电偶具有测温范围广，响应速度快等优点，被广泛应用于工业领域。在250°C以下及负温建议使用T型热电偶，因其在低温段稳定且精度高。低于400°C建议使用E型热电偶，经常用于供电等领域。在1000°C以下建议使用K型热电偶，K型热电偶测温范围广,应用广泛，经常与数字温度表配套使用。
　　热电偶的选择比如类型的选择，外壳绝缘层材质的选择以及热电偶粗细的选择。对于补偿导线的正确使用方法及注意事项。热电偶布放位置.的考量以及热电偶作为耗材在平时需要注意养护的问题。热电偶在计量校准过程中遇到的一些技术问题以及提出相应的解决办法。
1计量和使用热电偶出现的问题
1.1热电偶外壳绝缘层的材质
　　热电偶在测温时，除测量端外，热电极之间和连接导线之间要求有良好的电绝缘，否则会出现热电势.损耗而产生测量误差。常用的绝缘材料有:铁氟龙材料、硅胶材料、橡胶材料、玻璃纤维、碳纤维、棉线等。像硅胶材料，橡胶材料一般耐高温在200°C左右。温度过高会导致绝缘层熔化。在使用过程中并没有注意到绝缘层材质对温度范围有严苛要求,导致热电偶使用一次便不能再次测量了，造成了一定程度的损耗。对于棉线材质的热电偶，其可以耐高温至一千多度，可用于箱式电阻炉等设备的测温仪器，亦可作计量电阻炉的标准器。但经历过高温后，外层棉线也会损耗，因此测量高温段的热电偶是耗材，很难进行二次使用。
1.2补偿导线
　　在《JJF 1637-2017廉金属热电偶校准规范》里有提到补偿导线的相关内容。补偿导线用于延伸热电极即移动热电偶的冷端，与显示仪表联接构成测温系.统。补偿导线是在--定温度范围内热电偶的廉价替代,且不同的热电偶类型匹配不同的补偿导线。接线方式也非常重要，如果接反热电偶的补偿导线，则会出现测量误差。
1.3热电偶的选择问题
　　对于不同种类型热电偶的选择，在引言中已有大致描述，在选择热电偶上有时会存在误区，认为K型热电偶是万能的，测量正确性也是最高的，其实不然，在不同的温度条件及环境条件需要选择不同种类的热电偶。对于K型热电偶，也会有粗细之分，测量箱式电阻炉等大于600°C的仪器设备时,需要较粗的热电偶丝，温度不是很高时，选择较细的热电偶丝即可。在选择热电偶粗细时也会出现问题，导致使用一次就失效的情况。
1.4热电偶的布放位置问题10.8.93
　　首先需要考虑安装热电偶时周围是否有强电场及强磁场。有时会出现误操作，诸如将热电偶和动力电缆装在同一根导管内，这将影响测量正确性。且尽可能不要布放在强腐蚀环境下，积灰积垢，生锈腐蚀等问题会缩短热电偶使用寿命。对于贴片型热电偶，若布放不恰当，会导致读不出数等问题。
1. 5计量校准热电偶时的技术问题
　　在计量校准热电偶的过程中，有时会出现读数漂移的情况，数据不太稳定，上下浮动大。若热电偶与数字温度表匹配计量校准，则比较稳定，测量热电动势则会比较不稳定。对于计量校准过程中出现的测量误差，需要综合考虑多方面因素，比如操作人员是否操作得当，被测温度环境是否符合要求等等。
2对热电偶计量和使用提出相应的解决方案
2.1注意热电偶绝缘层的选择
　　热电偶属于耗材，在平时使用不当会容易损耗,降低使用频次。不论在计量校准过程中，还是平时的使用过程中，首先需要确定被测的温度范围，选用合适型号的热电偶及选用正确的绝缘层材质。对于测量高温(大于200°C)时，硅胶材料,橡胶材料的绝缘层已.经不再合适,而是应该选择玻璃纤维,棉线等的材质。.
2.2热电偶平时的保养
　　另外热电偶平时的保养也非常重要。在不用热电偶测温时,需将热电偶置于适宜的环境温度、湿度下。且若热电偶线很长，不可随意弯折，应该绕圈放置。将热电偶线分为三大组,编成麻花状，热电偶线长度5米，且平时很少使用，.几乎一年使用一次。且将热电偶在不用的时候放置于高湿度的环境下。在笔者计量校准的过程中，约150°C时，外部绝缘层已经变色且脱落，内部热电偶丝暴露于环境中，且因长时间不用导致金属丝变脆，遇到高温出现断裂。
　　因此热电偶的保养是非常关键的，在不用的时候要将其合理安置，避免出现长时间不用绝缘层，两电极损坏的情况。
2.3补偿导线的正确使用
　　对于不同种类型的热电偶需要匹配不同种的补偿导线，若补偿导线选择错误，会出现相应的测量误差。接线时的连接位置也很重要，补偿导线与热电偶接线柱位置越近越好，可以尽量减小测量误差，且补偿导线布放位置尽量远离干扰源，对于干扰源较多的场合，可以使用屏蔽补偿导线。当然，在安装热电偶的时候还是需要尽可能避开强磁场和强电场。补偿导线与仪表连接时，两对连接点需要处于相同的温度场内，正负极不能反接。
　　补偿导线作为热电偶的延长段，是热电偶的廉价替代品，在一定温度范围内具有相同的热电特性。如果两电极接反，不但会失去补偿导线的作用，甚至会起到反作用，这是因为反接会抵消热电偶本身的热电动势，使得仪表端测量时温度指示会偏低。
补偿导线需要具备的特点有:热电特性稳定，弯曲性能好，包覆层材料稳定可靠，具有耐低温和耐高温的特性，电绝缘性能好，抗干扰能力强，使用寿命长。要根据所配仪表的不同选择补偿导线的线径。线路较长的热电偶，需要采用较粗的补偿导线，便于安装和铺设。
2.4热电偶的正确选择
对于热电偶的选择非常重要,E型热电偶被广泛用于电力行业，因其测量稳定性强，精度高等优势。对于大部分与数字温度表匹配的热电偶--般选择K型。同是K型热电偶，也会有粗细之分，在计量测量高温诸如箱式电阻炉时，需要用粗的热电偶线，保证其高温也可稳定测量不会很快损耗。对于温度要求不严苛的情况下，用较细的热电偶丝即可。笔者遇到客户送检的毛发粗细的热电偶丝，易损耗。一般测量一个温度点，外面绝缘层就会失效，在-80°C条件下，由于两电极焊接不牢固导致分离，热电偶丝又非常细，无法手动将两电极接在一起。因此测量低温及200°C以上高温段时，建议不要使用细的热电偶丝，容易损坏。
2.5热电偶的正确布放
　　对于热电偶而言，布放位置直接影响了测量误差的大小。布放位置需要避免干扰源，尽可能避免布放在恶劣环境中，比如强酸、强碱、强腐蚀的环境。因为热电偶的两个电极是金属材质，对于一些经常放置于腐蚀性环境的情况下，需要及时的更换热电偶.有的热电偶表面都是铁锈，长时间的积灰积垢会导致测量误差偏高标准值很多。若对温度要求很高，这样在现场的温度监测中便失去了意义。值得一提的是对于贴片型热电偶。计量过贴片型的热电偶，其布放位置比较考究，因为温度传感器需要紧紧贴合被测物体表面，且要考虑散热问题，这对温度测量的正确性提出了很高的要求。
2.6热电偶的计量校准
　　在热电偶的计量校准过程中，需要严格参照《JJF1637-2017廉金属热电偶校准规范》、《JJF 1262-2010铠装热电偶校准规范》或相应规程规范要求。选择适合的标准器，提供稳定的温度场。对于热电偶的浸没深度也需要注意，若温度传感器的测溫端不在均匀的温场内，则会影响校准的正确性。
　　有时会因为热电偶比较短，导致无法满足浸没深度的要求，可以考虑更换标准器或将热电偶的两电极与同类型热电偶对应电极相接，来延长热电偶的长度。其次需要等到稳定才可读数。对于测量误差大的热电偶首先考虑是否操作不当或温度场均匀性波动性不达标，再仔细观察热电偶是否腐蚀严重导致误差存在。对于贴片型热电偶的计量，有时将其置于温度场内可能出现断路无法读数的情况。此时需要给贴片热电偶施加一定的压力让两电极紧密的贴合在一起才可正常计量校准。
3总结
　　热电偶具有测量范團广，精度高等优点被广泛应用于工业领城中。然而在使用热电偶过程中会出现一定问题导致测量误差的出现。在计量校准热电偶过程中出现的问题井提出相应的解决方案，选择正确型号的热电偶及掌握正确使用方法，尽可能的降低测量误差。
　　在平时的使用过程中需要注意选择热电偶的绝缘层材质，在平时不用热电偶进行测温时，需要注意保养热电偶。热电偶属于耗材，合理的使用和保养