热电偶的使用和选型探析

【摘要】热电偶是温度计量中常用的测温元件，为了实现正确的测温，合理选型，正确安装热电偶，并根据实际需要采取温度补偿措施非常必要，而且可以有效地防止和避免热电偶传感器的损坏，本文主要对热电偶传感器的选型和使用问题进行了探讨。
引言
      用热电偶测量和校验热处理设备，确保零件或原材料的热处理符合相关热处理工艺规范，合理的选型，正确的安装热电偶，并根据实际情况采用必要的温度补偿措施，不仅可以减少误差，提高精度，确保检测的温度正确，而且可以有效地防止热电偶损坏，节省系统的运行成本，保证温度计量的质量。
1.几种常用热电偶传感器的主要优缺点和选型原则
1.1几种常用的热电偶的主要优缺点
1.1.1S型热电偶
      S型热电偶为贵金属热电偶，它的长期高使用温度为1300℃，短期高使用温度为1600C，S型热电偶在热电偶系列中精度最高，稳定性好，测温温区宽，使用寿命长，它的物理、化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适于氧化和惰性气氛中，它的不足之处是热电势及电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度差，对污染很敏感，材料昂贵。
1.1.2R型热电偶
      R型热电偶为贵金属热电偶，长期使用最高温度为1300℃，短期使用最高温度为1600℃，R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，经研究发现R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶好，R型热电偶的不足之处;是热电势及热电势率较小，灵敏度低，高温.下机械强度下降，对污染敏感，材料昂贵。
1.1.3B型热电偶
      B型热电偶为贵金属热电偶，长期使用最高温度为1600℃，短期使用最高温度为1800℃，精度高，稳定性能好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高，它还适宜用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸汽气氛中，参考端不用补偿导线进行补偿，不足.之处是热电势及热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，抗污染能力差，材料昂贵。
1.1.4K型热电偶
      K型热电偶为廉金属热电偶，有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性，惰性气氛中，但不能直接在高温下用于硫介质中以及还原性或还原、氧化交替的气氛中和真空中。
1.1.5N型热电偶
      N型热电偶为廉金属热电偶，线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点，其综合性能优于K型热电偶，缺点是在高温下不能直接用于硫介质中以及还原性或还原、氧化交替的气氛中.和真空中。
1.1.6E型热电偶
      E型热电偶为廉金属热电偶，电动势之大，宜制成热电堆，测量微小的温度变化，对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜于湿度较高的环境，缺点是不能直接在高温下用于硫介质及还原性气氛中，热电均匀性较差。
1.1.7J型热电偶
      J型热电偶是一种价格低廉的廉金属热电偶，线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，价格便宜，可用于真空、氧化、还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，不能无保护直接在高温下用于硫化气氛中。.
1.1.8T型热电偶
      T型热电偶是一种测量低温的廉金属热电偶，具有线性度好，热电动势大，灵敏度高，稳定性和均匀性好，价格便宜等优点，特别是在-200~0℃温区使用，稳定性更好，年稳定性小于+3uv,在低温可作标准进行低温量值传递。缺点是正极铜在高温下抗氧化性能差，上限温度受到限制。
1.2热电偶选型
1.2.1测量精度和温度测量范围的选择
      使用温度在(Mocrisoo)℃，要求精度又比较高时，一般选用B型热电偶;使用温度在.(1000~1300)℃，要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶;在1000C以下一.般用K型热电偶和N型热电偶;低于400℃-般用E型热电偶;25CTC以下以及负温测量一般用T型热电偶，在低温时T型热.电偶稳定而且精度高。
1.2.2使用气氛的选择
      S型、B型、K型热电偶适合于强的氧化和弱的还原气氛中使用，J型和T型热电偶适合于弱氧化和还原气氛，若使用气密性比较好的保护管，对气氛的要求就不太严格。
1.2.3耐久性及热响应性的选择
      线径大的热电偶耐久性好，但响应较慢--些,对于热容量大的热电偶，响应就慢，测量梯度大的.温度时，在温度控制的情况下，控温就差。要求响应时间快又要求有一定的耐久性，选择铠装偶比较合适。
2热电偶在使用过程中引起的误差
      热电偶安装不正确、绝缘变差、热惰性和热阻性等误差，是热电偶在使用过程中的主要误差。
2.1安装不当引起的误差
      安装不当引起的误差是指热电偶安装的位置不合适，不能反映被测部位的真实温度形成的误差。通常，要尽量避免热电偶安装在靠近出口和加热点的位置上;热电偶的保护套管与壁间的间隔应填充绝缘物质，避免使热溢出或冷空气侵入;热电偶保护管和测温孔间的空隙应用耐火泥或石棉绳等绝缘物质堵塞以免冷热空气对流而影响测温的正确性;热电偶冷端太靠加热点使温度超过了100℃，导致冷端温度处于非恒定，造成测量误差偏大;热电偶的安装还应避开强磁场和强电场，不应把热电偶和动力电缆线装在同一根导管内以免引起干扰造成误差;热电偶不应安装在被测介质很少流动的区域内，当用热电偶测量管内气体温度时，必须使热电偶逆着流速方向安装，而且充分与气体接触。
2.2绝缘变差引入的误差
      绝缘变差而引人的误差是指热电偶不绝缘了，通常，由于保护管拉线板污垢或盐渣过多，导致热电偶极间与炉膛间绝缘不良，此现象在高温下更为严重，这不仅会引起热电势的损耗而且还会引入杂散干扰信号，由此引起的检测误差甚至可高达上百度。
2.3热惰性引入的误差
      热惰性引入的误差是指由于热电偶的热惰性使仪表的指示滞后于被测温度的变化，通常称其为测量滞后，在进行快速测量和实时监控时，这种影响尤为突出。由于存在测量滞后,用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电.偶波动的振幅就越小，与实际炉温的温差也越大。当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大，也即是此时的误差很大。为了正确的测量温度，应尽可能的选择时间常数小的热电偶，时间常数与传热系数成反比，与热电偶热端的直径、材料的密度及比热成正比。如要减小时间常数，除要增加传热系数外，有效的办法是减小热端的尺寸，并尽量采用管壁较薄、内径较小，导热性能好的材料制作的保护套管。当实际环境许可或需要温度测量时，也可直接除去:保护管，使用无保护管的裸丝热电偶，但此时热电偶容易损坏，应注意检查及更换。
2.4热阻性误差
      热阻性误差是指在高温状态下，如果热电偶保.护管.上有覆盖的灰尘，这必将导致热电偶的热阻性增加，阻碍热能量的传导，显然，此时测的温度值要比实际温度值低，即因热阻形成了误差。因此，要注意保持热电偶保护管外部的清洁，以减少热阻性误差的影响。.
3热电偶的冷端温度补偿方法
3.1热电偶在使用时为什么要连接补偿导线?
      热电偶在现场测温中它的参考端往往处于高温热源附近，受热源的影响无法恒定，因此，必须将热电偶的参考端远离热源，移动到较稳定的场所;又因.补偿导线在规定使用温度范围内具有与热电偶相同的温度一热电势关系，因而它可以起到延长热电偶的作用，所以热电偶在使用时要用补偿导线连接。
3.2补偿导线使用时注意的问题
      各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用;补偿导线有正、负之分，使用时极性不可接.错。否则不仅起不到补偿作用，反而还会造成更大的测量误差，理论证明由于补偿导线极性接反所造成的误差约为不用补偿导线时的2倍;
      热电偶和补偿导线连接点的温度不得超过规定的使用温度。因超过规定的温度范围，补偿导线与热电偶的热电特性相差较大，将会造成测量误差;由于补偿导线与热电偶材料热电特性并不完全相同，所以要求两连接处的两个接点温度相同，否则将引人测量误差;为了便于安装可选用多股补偿导线，也可根据需要选用防水，防腐，防火，带屏蔽层的补偿导线。
4结语
      热电偶的型号较多，在选择热电偶时应从使用的温度、气氛、价格、参考端温度等方面综合考虑，实现温度计量的正确性，提高测控质量。