短型贵金属热电偶检定方法的探究

发布时间:2021-09-06     浏览次数:
摘要:简述现行短型贵金属热电偶的检定方法。经过理论分析并结合现有检定设备状况,采用加接补偿导线的方法对短型贵金属热电偶进行检定,并论述了该方法的原理。
1前言
  热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过电气仪表(二次仪表)转换成被测介质的温度。各种热电偶的外形常因需要而极不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要部分组成,和显示仪表记录仪表及电子调节器配套使用。
1.1工作原理
  贵金属热电偶(以下简称热电偶)是由两种不同的贵金属导体基于塞贝克效应制成的热电温度计。两种不同的贵金属导体称为热电偶的两个电极,通常两个电极的一端焊接在一起形成一个接点,测温时放置于被测温场中,另一端测温时要求放于某一恒定温场中。故焊接端称为测量端,另--端称为参考端"。
1.2国内外现状描述及相关论文文献综述
  现在检定或校准长型热电偶的技术比较成熟,而对于短型热电偶的检定或校准,还存在不少问题。近年来,随着短型热电偶在航空航天、钢铁石油化工等行业广泛使用,对于这类热电偶的检定和校准技术提出了迫切要求。我国计量部门以及一些科研院所针对短型热电偶校准的技术特点,开展了一些理论和实践研.究,取得可喜的研究成果。短型热电偶的校准方法根据校准所选用的温度源可分为卧式检定炉法、干井炉法、小型固定点法和黑体空腔法吧。
(1)卧式检定炉法。用卧式检定炉检定短型热电偶的原理和方法与长型热电偶的检定方法.相似。相对而言,这种检定技术比较成熟。我国已有工作用铂铑10-铂(铂铑13-铂)短型热电偶检定规程[3],适用的测量温度范围为(300~1300)℃,长度为(200~700)mm。
(2)干井炉法。对于长度小于200mm的短型热电偶,国内还没有定型的检定技术,缺乏可靠的检定装置。只有个别单位试用干井炉检定K型航空发动机专用短型热电偶,取得了令人满意的结果。此方法是一种具有很好应用前景的校准技术,关键是要有一台满足技术指标要求的干井炉。
(3)小型固定点法。美国福禄克公司研制了新一代小型固定点装置[4],不仅可以采用凝固技术复现固定点,也可以采用熔化技术复现固定点。此装置可用于校准各种短型热电偶,不需要标准温度计。
(4)黑体空腔法。此法已应用于长型高温热电偶的检定,在中低温范围用黑体空腔校准短型热电偶。其标准温度计采用辐射温度计而不用热电偶,避免了标准热电偶插人深度对校准准确度的影响。
1.3项目现状描述及意义说明
  工作用热电偶一般分为廉金属热电偶和贵金属热电偶,现在无法检定的短型热电偶主要为铂铑10-铂(S型)的贵金属热电偶。这些热电偶的长度为230mm左右,主要集中在化验室的设备上。该热电偶长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长等优点。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,适用于氧化性和惰性气氛中。
  根据现有检定方法及检定室现有设备,仅能采取卧式检定炉法进行校准工作。可通过合理利用设备及校准方法的适当改进开展此项工作。开展此项目检定后,能够保证各化验室所使用的贵金属热电偶检定结果的准确性和可靠性,大大缩短检定时间,节约检定成本,方法简便实用,满足工作需要。
2试验材料和试验方法
2.1试验材料
铂铑10-铂(S)热电偶为试验对象。.
2.2试验设备及标准器
2.2.1热电偶退火装置
2.2.2卧式热电偶检定炉(L=:300mm)
2.2.3热电偶检定装置
2.2.41等、2等标准铂铑10-铂热电偶
2.3试验步骤及方法
2.3.1试验前的准备工作
(1)短型S偶的清洗
  将热电偶卷成圆圈,放人30%~50%化学纯的盐酸溶液中煮沸15min,取出后用蒸馏水煮沸数次,直至清除酸性。
(2)短型S偶的退火
  将清洗后的热电偶悬挂在退火装置内的电极钩上,通人10.5A的电流,退火Ih,退火时两电极夹角应在30°左右。
(3)捆扎
用铂丝将标准和被检热电偶捆扎成束,使被检和标准热电偶的测量端处于同一垂直平面。
(4)装炉
  将捆扎好的热电偶束置于卧式热电偶检定炉中心,测量端应处于检定炉均匀温场的中心。
2.3.2示值校准
  采用双极比较法。将长度为1000mm的II级S型热电偶在上--级计量检定单位出具的证书值作为此次试验的原始数据,然后将其截取至230mm左右作为被校热电偶。将其参考端与延长用的同一类型的偶丝一端平行重叠,重叠部分约10mm,连接在--起用铜丝扎紧,热电偶的参考端与测量导线一端应有良好接触。连接完毕后进行示值的再次测量,每支测量次数应不少于2次。为保证数据的可参考性,共进行了重复3组测量,测量数据见表1。
 
 
3试验结果
  (0~600)℃时热电偶的允许误差为±1.5℃;(600~1600)℃时热电偶的允许误差为±0.25℃。在检定点660.323℃和1084.62℃时的允许误差为1.6℃和2.7℃,三次测量结果均在允许误差范围内。
4试验结果分析
(1)由于热电偶本身长度较短,在装人管式检定炉后,其参考端距炉口较近,虽然用高铝棉封口,但炉内热量仍有散出,通过对流的方式,势必使参考端温度升高。并且热量还可通过偶丝以热传导的方式进行,也加剧了热电偶参考端的温升。使用的一等标准电偶证书值及热电偶分度表都是在参考端为0℃时给出的,检定时,如果参考端温度未处于0℃,必须进行参考端温度修正,参考端温度变化势必影响测量结果。
(2)补偿导线的选取。进行短型贵金属热电偶的检定时,要选用同一型号的补偿导线,并注意极性相符以。补偿导线与被检热电偶的长度之和要在700mm以上。由它们来做热电偶的延伸线,这就意味着将热电偶进行了加长处理,且不致影响热电偶的输出热电动势值。
(3)在检定过程中,应避免检定室内温度波动而对参考端的温度值采集产生影响。
(4)热电偶与补偿导线要连接充分,如接触不良一定会造成测量结果的不准确。
5结论
  通过以上试验数据发现,带补偿导线检定热电偶,补偿导线与被检偶的接点温度对检定结果有--定的影响,但s偶未截断前和截断后加接补偿导线所测得的热电偶示值误差均在允许误差范围内,因此加接补偿导线进行短型贵金属热电偶检定在目前现有设备的条件下是可以进行的。
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