熱電偶測溫誤差分析和解決方法點擊次數(shù): 268發(fā)表時間: 2014-8-3

摘要:現(xiàn)代化生產(chǎn)裝置通常采用熱電偶或熱電阻測量溫度，與熱電阻相比，熱電偶具有熱敏元件測量溫度范圍寬、能在- 270℃~ 2800℃的寬溫度范圍內(nèi)測量、性能穩(wěn)定、準確可靠、結(jié)構(gòu)簡單、熱慣性小、動態(tài)響應快等優(yōu)點。 因此，工業(yè)生產(chǎn)中廣泛采用熱電偶測量溫度。 熱電偶具有以上優(yōu)點，但在使用過程中會受多種因素的影響而產(chǎn)生測量誤差。 熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的接觸式測溫元件。 熟悉其工作原理，掌握和分析測溫誤差的原因，大大提高了溫度測量的準確性。 避免生產(chǎn)中不必要的損失。 本文結(jié)合生產(chǎn)裝置的一個溫度測量電路介紹，分析測量誤差的原因，提出解決方法，供參考。

另一方面，熱電偶測溫的基本原理是將兩種不同材料的導體或半導體a和b連接起來，構(gòu)成一個閉合電路，構(gòu)成熱電偶。 如圖1所示。 溫度t端為測量端，溫度t0端為測量端，儀表端稱為基準端或冷端。當導體a和b的兩個執(zhí)著點t和t0之間存在溫度差時，在電路中產(chǎn)生電動勢EAB(t，t0)，電流流過電路的現(xiàn)象稱為熱電效應。 這個電動勢被稱為熱電勢，熱電偶利用這個效果發(fā)揮作用。 熱電勢的大小與t和t0之差的大小有關(guān)，在已知熱電偶的兩個熱電電極材料的情況下，根據(jù)熱電偶電路的熱電勢的分布理論，熱電偶兩端的熱電勢與EAB(t，t0)=EAB(t)-EAB(t0)式中的EAB(t， t0)-熱電偶的熱電勢EAB(t)-溫度為t時的動作端的熱電勢EAB(t0)-溫度為t0時的冷端的熱電勢。 由上式可知！ 當工作目的地的被測定介質(zhì)的溫度變化時，熱電電勢變化，因此測定EAB(t，t0)，如果知道EAB(t0)，則得到EAB(t )，如果向顯示計發(fā)送熱電電勢進行指示或記錄，或者向微機發(fā)送進行處理，則能夠得到測定目的地溫度t的值。

二、使用誤差分析

1 .絕緣變差導入的誤差熱電偶使用一段時間后，保護管和配線板的污垢和鹽渣過多，熱電偶極間和爐壁間的絕緣變差，在高溫下變得更加嚴重，不僅會引起熱電勢的損失，還會導入噪聲，由此引起的誤差可能達到百度。 2 .導入了熱失活的誤差熱電偶的測溫過程實際上是熱電偶和被測定介質(zhì)之間的熱交換過程，需要一定的時間達到熱平衡，由于熱電偶的熱失活導致儀表的指示值滯后于被測定溫度的變化，因此在進行快速測定時該影響特別顯著。 盡量采用熱電極細、保護管直徑小的熱電偶。 如果允許測溫環(huán)境，也可以拆下保護管。 由于存在測量延遲，熱電偶檢測出的溫度變動的振幅比爐溫變動的振幅小。 測量滯后越大，熱電偶的波動振幅越小，與實際爐溫的差也越大。 用時間常數(shù)大的熱電偶測溫或控制溫度時，儀表顯示的溫度變動小，但實際爐子的溫度變動可能大。 為了準確測量溫度，請選擇時間常數(shù)小的熱電偶。 時間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與熱電偶的熱端直徑、材料密度和比熱成正比，為了減小時間常數(shù)，除了增加傳熱系數(shù)以外，zui盡量減小熱端的尺寸是有效的。 使用中，通常采用熱傳導性好的材料，管壁薄，內(nèi)徑小的保護套，如高靈敏度的護套熱電偶，采用變徑技術(shù)的小惰性熱電偶產(chǎn)品。 在較精密的溫度測量中，使用的是沒有保護套的裸線熱電偶，但熱電偶容易破損，請立即進行校正更換。 3 .有熱阻誤差的高溫爐使用煤和焦油作為燃料，時間一長保護管上就會堆積煤灰，如果焦炭附著灰塵，熱阻就會增加，阻礙熱的傳導。 這種情況下，溫度顯示值比被測定溫度的真實值低。 因此，應保持熱電偶保護管的外部清潔。 三、熱電偶測溫計的測量誤差主要有以下幾種情況。 由于熱電偶的材料成分不能嚴格滿足要求的再現(xiàn)和均勻性等原因，熱電偶的分度誤差使熱電偶的熱電特性中實際的喜歡電位與標準分度略有不同。 2 .由于補償導線和熱電偶的熱電特性不完全相同而產(chǎn)生的誤差各種熱電偶補償導線的允許誤差范圍如下:白金熱電偶<； O.03℃鎳柵-鎳硅熱電偶<； O.15℃鎳鉻-銅熱電偶<； 0.15℃ 3 .冷端溫度變化引起的誤差冷端灰度補償使用補償橋時，熱電偶的電位特性和產(chǎn)生補償橋的電位僅在設計點的20℃或50℃完全補償，其他溫度在熱電偶特性的非線性上不完全一致，因此產(chǎn)生一定的誤差。 其他方法的冷端補償是由于測量儀器或其他原因造成誤差4 .熱電極的變質(zhì)，例如應力分布、氧化等，出廠后熱電偶的性能發(fā)生變化而產(chǎn)生的誤差。 5 .使用絕緣不良引起的誤差熱電偶時，請注意兩熱電偶的電極間以及地線間的絕緣。 否則，電位下降會影響測量精度。

三、解決辦法1 .熱電偶的基本誤差:誤差是熱電偶本身固有的，也包括上述極標準的傳遞誤差。 解決方法:通過檢定檢查的方法將溫度控制在允許偏差范圍內(nèi)，或通過實際測溫修正熱電偶的偏差，可以得到真正的溫度。 熱電偶材料不均勻性引起的誤差:該誤差與材料不均勻性相關(guān)的溫度變化越大，熱電偶各點的溫度差越大，材料不均勻性的影響也越大。 解決方法:用退火的方法可以削弱，但不能完全消除。 2 .測量儀表誤差:該誤差的大小由儀表的精度等級決定。 解決方法:定期檢定，保證儀表等級。 3 .動態(tài)誤差:溫度變化后，測溫計不能立即指出變化的溫度，引起讀取誤差。 熱電偶時間常數(shù)的大小是決定動態(tài)誤差大小的主要因素。 解決方法:對于快速變化的溫度，由于測溫元件的熱浸潤性，動態(tài)誤差可能會變大，因此應采用小的慣性熱電偶，或者選擇采樣率高的儀表進行解決。 用熱傳導性好的材料做保護管，管壁薄，內(nèi)徑小。 減小保護管和熱電偶測量端之間的氣隙。 增加測量端介質(zhì)的流速，加速對流傳熱。 4 .絕緣不良引起的誤差:使用熱電偶時若兩熱電極間及大地之間沒有良好的絕緣，則有熱電勢損失，直接影響測量結(jié)果的準確性，嚴重時會影響儀表的正常運行。 解決方法:將熱電偶的導線與鐵管連接，將鐵管接地。 由于熱電偶懸浮在空中，所以熱電偶不與爐壁的耐火磚接觸。 將基準端接地，經(jīng)由電容足夠大的電容器將該基準端接地到熱電偶(或補償導線)的輸出端的一端。 屏蔽時，通過金屬屏蔽將泄漏的電流直接接地，防止流入測量電路，可消除干擾誤差。 5 .熱交換引起的誤差。 熱電偶測溫時，存在復雜的換熱過程。 由于溫度反復傳遞，因而測定端的溫度與被測定介質(zhì)的溫度不完全一致，因而產(chǎn)生測定誤差。 克服方法有確定和修正傳遞誤差大小的方法。 二是采取措施將傳熱誤差減少到允許范圍內(nèi)。 6 .輻射誤差的解決方法:在管壁外敷設隔熱層，減小管壁與被測介質(zhì)的溫度差。 減小保護管的外徑以及保護管、熱電極的黑度(輻射)系數(shù)。 在熱電偶管壁之間安裝防輻射罩，減少之間的直接輻射。 增加被測定介質(zhì)在熱電偶測定端流動的流速，增加對流傳熱。 7 .不正確安裝誤差:熱電偶安裝是否合理，對測量結(jié)果有重要影響。 解決方法:熱電偶實際上處于能代表被測介質(zhì)溫度的地方。 熱電偶需要足夠的插入深度，一般為熱電偶保護管外徑的8~10倍以上。 防止熱損失。 保護管露出外部應盡量短，加保溫層。 被測介質(zhì)有負壓時，熱電偶的安裝必須嚴格密封，以免外部空氣影響測量的準確性。 請盡量避免熱源、強磁場、電場的干擾。 8 .現(xiàn)場使用引入的測量誤差。 如果基準端溫度過高，則導入的測定誤差基準端溫度過高，測定誤差分析補償導線處于(0~100)℃的范圍內(nèi)，因此補償導線的熱電特性與熱電偶的熱電特性相同。 超過該溫度范圍時，補償導線和熱電偶的熱電特性大不相同，因此會產(chǎn)生測量誤差。 解決方法:熱電偶保護管與爐壁之間的間隙用絕熱物堵塞，避免爐溫的熱輻射，將基準端保持在100℃以內(nèi)。 9 .將導線和熱電偶相反導入的測量誤差進行補償?shù)臒犭娕己脱a償導線的極性相反，測量誤差分析的補償導線有正和負的區(qū)別，相反沒有補償作用，產(chǎn)生更大的誤差。 根據(jù)中間溫度法則，如圖所示正確設計的熱電勢e總是e總=E(T，TA)+E(TA，t0) 1100000006 t0) 00000653解決方法:正確連接補償導線。 9導線與熱電偶的形式不一致時，補償導入的測量誤差的補償導線和導入了熱電偶形式不一致的測量誤差分析補償導線，在基準端溫度和﹙0~100﹚℃的范圍內(nèi)，與配電的熱電偶的熱電特性相同。 000000000006 e1( t，ta)=e '總-E2(TA，T0)如果補償導線不符合熱電偶形式，則會導致較大的測量誤差。 解決方法:使用與熱電偶的熱電特性相同的補償導線進行連接。 10 .不使用補償導線導入的測量誤差不使用補償導線導入的溫度測量誤差分析:根據(jù)均質(zhì)導體和中間溫度的規(guī)律。 這是因為與(與性質(zhì)導體接觸而不產(chǎn)生熱電勢)的圖式不像E(T，T0)=E(T，TA)+E(TA，T0)那樣補償引線熱電勢E(T，TA)=E(TA，TO )。 e '總= E(T，T0) E (T，T0)=E(TA，TO )解決方法:用同形式的補償導線與熱電偶連接。 四、結(jié)束語熱電偶測溫誤差除了上述原因以外，其他因素也影響測定，例如補償引線的極性的影響，顯示基準端溫度的影響，顯示儀表和DCS自身的影響等，從維護的觀點出發(fā)，只要介質(zhì)溫度不太高，就必須盡量使用熱阻來測定溫度，熱阻與引線 因此，設計時測溫元件的選擇也很重要。 也就是說，無論采用什么樣的測溫元件，正確把握熱電偶的測溫原理，正確分析誤差產(chǎn)生的原因，對于儀表維護人員來說都是不可或缺的。

本文熱電偶高頻詞： 測量  誤差 

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