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熱電偶計量誤差主要因素

發布時間:2020-03-01     瀏覽次數:
1.熱電偶熱電特性不穩定所引起的誤差
   熱電偶溫度計經過一段時間使用,受其使用的環境影響,其本身的熱電性能將會產生一定的變化,則該熱電偶溫度計計量得到的溫度與真實溫度有一定的偏離。影響熱電偶穩定性的主要因素有:
(1)被測物對熱電偶電極的污染和腐蝕;
(2)熱電極受外力作用而產生的變形所引起的形變應力;
(3)感溫電極在高溫下微觀結構晶粒發生變化;
(4)熱電極受暴露在空氣中發生氧化等。
2.熱電偶不均勻性的影響
   熱電偶的均勻性是指熱電偶熱電極材料的均勻程度。如果熱電偶中的兩個熱電極材料是均勻的,則熱電偶回路產生的熱電勢和兩端溫度差呈正相關,而與沿熱電極長度的溫度梯度無關。
3.測量溫度點的選擇
   選擇合適的測溫點是安裝熱電偶時十分重要的考慮因素,選擇具有代表性的測溫點,對于整個生產環境具有特殊的意義。位置選擇不當,則控制和計量將毫無意義。在測量點,熱電偶插入的深度也對溫度測量產生影響,當外部環境和被測物溫度存在溫度差時,熱電偶上測量的溫度會隨著傳感器的延長而與外界環境產生熱交換,繼而帶來計量誤差。由于環境溫度千變萬化,這種溫度誤差是不可估量的。除了由于插入深淺發生熱傳導引入的誤差以外,熱電偶外部保護管材質也會引入測量誤差。例如金屬材質的保護管,其導熱性能較好,因此在測量過程中需要將其插入更深以避免熱量損失。對于陶瓷材質的保護管,則需要將其插入淺一些。
4.響應時間的影響
   只有被測對象和測溫元件溫度一致時,測溫元件的溫度才能穩定,此時二者達到熱平衡,這是接觸法測溫的基本原理。被測對象和測溫元件溫度達到一致需要一定時間來實現,該時間的長短,主要由測溫元件的熱響應性能決定,即熱響應時間。熱響應時間受傳感器的結構和計量條件影響,通過實驗,不同條件下的響應時間差別很大。靜止的氣態介質,兩者需要持續接觸30分鐘以上才能達到溫度平衡,如靜態的液體,溫度平衡時間將縮短到5分鐘。
在實際工程應用中,被測對象的溫度經常是處于不斷變化的狀態,瞬間變化的時間很短,因此對傳感器的要求也相對較高,一般要求其響應能力為ms級別。如響應能力不足,則出現測量滯后現象。因此選擇傳感器要選擇響應速度快的。計量端直徑是影響響應速度的重要因素。如果偶絲較細,則響應時間較短。
5.熱輻射的影響
   當用熱電偶測量爐中溫度時,爐內高溫物體對熱電偶的熱輻射,會引起熱電偶溫度升高。如果爐內的氣體假定為透明的,熱電偶和爐壁之間的溫差比較大時,那么能量交換之后也會帶來測溫方面的誤差。增加熱傳導能夠有效的降低這部分誤差,讓爐壁的溫度和熱電偶溫度接近。
6.熱阻抗增加的影響
   當熱電偶處于高溫的工況環境下,氣態被測介質會將保護管表層灰塵燒熔,引起保護管熱阻抗增加。如果介質是熔體,那么在操作中會出現爐渣的沉淀沉淀的爐渣會增加熱電偶響應時間,指示溫度方面會變低。因此定期檢查或不定時的抽檢熱電偶的工作狀態,能夠及時的發現熱電偶產生的異常,減少測量誤差。
7.熱電偶絲不均質引起誤差
   根據上述測量原理,當熱電偶的偶絲均質時,根據均質回路定則,長度對計量的結果沒有影響。而實際情況是,廠家在進行偶絲生產時,通常會因為溫度等原因,導致偶絲粗細不均,呈竹節狀,甚至出現嚴重的打卷現象。另外在后期的加工中會出現其他問題,對熱電偶進行的反復加工,會讓熱電偶出現畸變從而失去均質。在進行測溫工作時,很多偶絲位于高溫區,如果不具備均值性,且環境溫度變化,那么熱電偶局部就會出現寄生熱電動勢,從而引入誤差。
   從熱電偶的基本工作原理、具體的使用方法和生產制作過程中存在的問題等方面進行深入分析,得到了熱電偶溫度計量產生誤差的主要原因,在熱電偶的制作和使用中,傳感器插入位置與深淺、熱電偶對溫度的響應時間、環境對熱電偶的熱輻射、熱阻抗改變、熱電偶絲不均質等都是產生計量誤差的主要因素,因此提升溫度計量的準確度要從上述因素中減小和避免。分析熱電偶溫度計量的誤差原因,對實際工程應用具有一定的指導意義。
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