保护套管对热电偶测温影响
发布时间：2020-09-07
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摘要:在
热电偶得到广泛应用的过程中,为满足其测试稳定性及使用寿命的要求,热电偶保护套管得到了大量应用，但这也不可避免地对热电偶的测温产生一定影响。本文选取一种典型的热电偶保护套管，进行对比试验,分析其影响规律,并提出了保护套管的使用要求和规范。
0引言
随着科技的不断进步,工业自动化程度越来越高，温度的测控已经逐步涉及到工农业生产、国防、科研、医疗、环保、气象以及宇航等各个领域。热电偶因其性能稳定、正确可靠、结构简单、使用方便、测温范围广、信号可远传等优点，使得它在工业生产和科学研究等各领域中成为了应用为广泛的测温元件，同时因测试环境、使用寿命等条件的限制与要求，热电偶保护套管作为热电偶测温过程中的重要附件,也被越来越得到广泛的采用,但加装保护套管对热电偶的测温究竟会产生怎样的影响?影响程度是否有一定的规律?找出其中的影响规律,将能够给保护套管在热电偶测温过程中提出重要的指导作用。
1热电偶保护套管简介
1.1热电偶保护套管的作用
热电偶保护管的用途主要有两个:(1)防止热电偶遭受机械损坏;(2)保护热电偶免受被测介质的腐蚀等有害影响。热电偶的稳定性、使用寿命等各项性能指标，都与保护管密切相关。据有关数据统计,排除那些因使用不当造成的损坏，在正常的测量范围内,保护管材料越优异,其损坏率便越低。因此,在实际使用过程中选择优质的保护管是延长热电偶使用寿命的前提。
理想的保护套管应具有:耐高温、耐腐蚀、气密性好、导热性好、有足够的机械强度和一定的耐温剧变、物理和化学性能稳定、价格低廉等性能。
1.2热电偶保护套管的分类
通常情况下，热电偶保护管都为单保护管,某些特殊情况下，也可安装两个同心保护管。离热电偶近的为主保护管,外围的那个叫辅助保护管。主保护管通常采用氧化铝为材料,辅助保护管采用碳化硅,主保护管跟辅助保护管套构成组合保护管,以此获得更佳的性能,如抗热冲击或者防机械损坏等。热电偶保护管按材质可以分为金属保护管、非.金属保护管、金属陶瓷保护管三类。其中金属保护管具有机械强度高、韧性好等优势,但由于金属材料耐热性能欠佳，且温度过高易发生氧化，因此基本在1000℃以下使用。非金属保护管多为石英管、瓷管、莫来石管及刚玉管,具有耐热性且抗腐蚀等优势,但存在强度低、造价昂贵等缺点。金属陶瓷保护管则结合了两种材料的优势。
2热电偶保护套管影响测试实验
由于现在市场上保护套管的品类及材质众多，本次测试仅以在计量测试中较为常用的石英材质套管为例进行了测试。为了提高实验精度和稳定性，本次测试选用两支一等铂铑。铂热电偶温度计，其中一支作为标准件,另一支作为测试件,采用双极比较法进行测试。测试时，把炉温升到预定的温度点，保持一段时间,使热电偶的测量端达到热平衡后开始测量。
被测试热电偶在各测试点上的热电动势E可用下式计算:
E
t被=`E
t被+(E
t标`E
t被)(1)
其中:E被测试时被测试热电偶测得的热电动势算术平均值;
E
t标一标准热电偶证书上给出的热电动势值;
E
t标一测试时标准热电偶测得的热电动势算术平均值。
为了增加可比性，所有的测试结果，最终都换算成被测试热电偶在相应温度值处的温差，其计算公式如下:
式中:S(t)热电偶的微分热电动势值(μV/℃)为了保证测试实验的完整性和有效性,同时考虑到各种因素对测量结果产生的影响，测试实验选取其常用的500℃~1000℃范围内，整百数点为测试点。每个测试点测试3次,其中每次测试间隔采样4次取平均值。
3实验数据分析
通过测试获得装有保护套管和未加装保护套管热电偶在对应温度点处的温差测量实验数据如表1(单位:9℃)。将对应温度点的温差平均值绘制成曲线如图1。
经过分析，从图中我们发现:
(1)加装保护套管的数据曲线整体在未加装保护套管的下方，从式(2)我们可以得出主要是因为加装保护套管后，测得的热电动势相较于未加装保护套管数值更小的缘故,即加装保护套管部分影响了热传导，导致测得的热电动势减小;
(2)未加装保护套管的温差测量曲线相对平滑，加装保护套管后温差测量曲线存在一定的波动，即加装保护套管后,对温差测量产生了一定影响，且对应于温度点各不相同;
(3)相较测量范围内的温差，在极值点处数值偏差较大，而在中间区域，两者的数值偏差相对较小，甚至是重合的。即保护套管在极值处的影响更大。
4保护套管的使用规范及要求
在热电偶保护管选择中，应考虑的因素有:被测介质的温度、流速、腐蚀性,管子的粗细、壁厚、长短、气密性、抗热冲击、化学适应性、承受压力、应力、响应速度、性价比。我们可以根据实际情况，选择合适的保护管材料。热电偶保护管的选取原则是:根据技术指标结合实际情况，来选择方案。在实际工作中，我们可以根据经验、厂家说明书或选用指南手册，快速地选取保护管材料。在使用这些资料时必须仔细注意各种特定的情况。
通过实验室测试，热电偶导体及套管的传热问题可能引起测量误差，为了减小这种影响，除了选用合适的热电偶保护套管外，在实际使用中还应注意以下几点:
(1)插入深度要求
测量端应有足够的插入深度,应使保护套管的.测量端超过套管中心线(5~10)mm。
(2)插入方向要求
保证测温元件与流体充分接触,最好是迎着被测介质流向插入正交90也可,但切勿与被测介质形成顺流。
(3)热电偶的选择要求
如果被测对象体积小，热容量不大，应尽可能不用金属套管,并且采用细直径的热电偶丝。
5结论
针对保护套管对热电偶测温影响,本文选取了一种典型的保护套管(石英材质保护套管)在500℃~1000℃范围内,进行了实验测试，并对数据结果对比分析发现保护套管会一定程度的影响热电偶测温,并且在极值点处对热电偶测温影响更大。另外根据实验测试结果，总结了热电偶保护套管选型应考虑的因素和原则，及在实际使用中应注意的要求，以便使保护套管对热电偶测温的影响降到最小。
