浅谈热电偶的温度计量误差

摘要:热电偶是一种常用的温度传感器,应用相当广泛。在长期工作过程中,热电偶性能会发生改变,产生测温误差。我国计量法规定，在热电偶的使用过程中需要进行周期性的检定和修正,以确保热电偶温度计量的正确性。本文针对热电偶的工作原理,产生误差的原因及相应的解决办法做了阐述。为正确选择与使用热电偶,保证其测量正确性提供了一定的技术参考。
　　热电偶作为感温元件,在温度测量领域是不可缺少的,可以在-270℃~2800℃度的广泛温域内进行测量,熟悉其工作原理,掌握和分析测温误差的来源会在很大程度上提高温度测量的正确性。避免工作中不必要的损失出现。自从赛贝克发现热电效应以来,热电偶已经成为目前温度测量领城中应用最广泛的感温原件之一,它具有测温范围广,性能稳定,准确可靠,结构简单,热惯性小,动态响应速度快,信号能够远传和多点测量等优点,其工作原理,由两种不同金属或合金组成的闭合回路,是最简单的热电偶回路,这两种不同金属或合金的组成就称为热电偶。热电偶作为感温元件，除了具有多方面的优点以外,也会在一定程度上产生不同的误差,这就需要在使用中不断减少误差的产生以确保测温的有效性和正确性。
1热惰性引入的误差及处理办法
1.1热电偶的测温
　　热电偶测温过程实际上是热电偶与被测介质间热交换过程,需要-定的时间达到热平衡,由于热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时,甚至可将保护管取去。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，与实际炉温的差别也就越大。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。
1.2热电偶的选择
　　为了准确的测量温度,应当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,除增加传热系数以外,最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中,通常采用导热性能好的材料,管壁薄、内径小的保护套管,比如高灵敏度的铠装热电偶,采用变径技术的小.惰性热电偶产品。在较精密的温度测量中,使用无保护套管的裸丝热电偶,但热电偶容易损坏,应及时校正及更换。同时,热电偶应尽可能保持垂直使用,以防保护管在高温下变形。
2插入深度引起的误差及消除方法
2.1测温点的选择
　　热电偶的安装位置,即测温点的选择是最重要的。测温点的位置,对于生产工艺过程而言,热电偶一定要具有典型性代表性,否则将失去测量与控制的意义。在计量检定过程中,标准热电偶与被检热电偶不仅需要保持一定的时间达到热平衡,更要按规程要求的插人深度。热电偶装人管式炉内后,热电偶的测量端应处于管式炉最高温区中心。
2.2插人深度
　　热电偶插入温场深度要适合,热电偶插人被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不-致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差,与插人深度有关。而插人深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插人深度应该深--些，约为直径的15~20倍,陶瓷材料绝热性能好,可插人浅一些,约为直径的10~15倍。对于工程测温，其插人深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量,将不受上述限制,插人深度可以浅一些,具体数值应由实验确定。在计量检定中,为了保证被测数据的准确可靠,每一支热电偶装炉时的插人深度也是需要注意的检定要点之一。
3补偿导线连接的影响及修正办法
　　有些小于750mm的热电偶在计量检定中是需要连接补偿导线的，热电偶与补偿导线的连接也会使测量产生不同程度的误差,其中补偿导线型号与热电偶的分度号必须对应,绝不能用错,同时补偿导线与热电偶的两连接点的温度应相同,且不得超过规定的使用温度。检定时,一般用补偿导线检定100℃点,耐热用补偿导线检定100℃点、200℃点,也可根据需要在其他温度点检定。补偿导线和热电偶都有正负极之分,可根据电极硬度、电极.颜色或绝缘层颜色来区分,连接时极性不能接反,否则将产生反补,使测量误差大大增加到不用补偿导线的两倍。热电偶的正确使用是保证其测量正确性的必要条件。
　　热电偶是当前应用最广泛的测温元件,并且在工业生产中的重要性是无可比拟的，正是由于它们的应用使我们的生产变得更加方便、快捷、正确。所以,无论在生产中还是计量检定中,更应深人探索不同规格型号热电偶的性能和有效使用。相信在21世纪,热电偶将会在工业测量中发挥更巨大的作用。