熱電偶不穩(wěn)定性的幾個(gè)來源

聞杰等

摘要： 熱電偶是工業(yè)溫度測量常用的傳感器，它具有精度高、經(jīng)濟(jì)和溫度寬的特點(diǎn)。然而在測量過程中熱電偶也會(huì)因?yàn)闇y量條件和環(huán)境限制而導(dǎo)致出現(xiàn)測量結(jié)果的不穩(wěn)定性。例如：污染、氧化、還原、物理?xiàng)l件、脆裂、照射就是影響熱電偶測量結(jié)果不穩(wěn)定性的主要來源。

關(guān)鍵詞： 熱電偶；環(huán)境限制；測量條件；不穩(wěn)定性；主要來源

中圖分類號(hào)：TM91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）05-0033-02

0 引言

熱電偶是工業(yè)溫度測量常用的傳感器，其優(yōu)點(diǎn)是：①測量精度高；②測量范圍廣；③構(gòu)造簡單；④使用方便。熱電偶是一種感溫元件，其工作原理是基于賽貝克效應(yīng)，即兩種不同成分的導(dǎo)體回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。

作為工業(yè)測溫中最廣泛使用的溫度傳感器之一，它與鉑熱電阻一起，約占整個(gè)溫度傳感器總量的60%，熱電偶通常和顯示儀表等配套使用，直接測量各種生產(chǎn)過程中40～1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸氣和氣體全日制以及固體的表面溫度。

熱電偶的不穩(wěn)定性是指在一定的溫度下，熱電偶的熱電特性隨時(shí)間和使用條件的不同而發(fā)生變化的程度。如果不穩(wěn)定性嚴(yán)重，熱電偶的熱電特性變化就大，測溫的準(zhǔn)確性就差，反之穩(wěn)定性好，熱電偶的熱電特性變化就小，測溫的準(zhǔn)確性就高。因此，不穩(wěn)定性反映了熱電偶測溫的準(zhǔn)確程度。在平時(shí)的工作和學(xué)習(xí)中，筆者總結(jié)出如下熱電偶不穩(wěn)定性來源。

1 污染

由環(huán)境或保護(hù)管帶來的雜質(zhì)，在溫度梯度區(qū)使熱電偶的一極或二極污染，這也許就是不穩(wěn)定的主要原因。雜質(zhì)會(huì)被直接吸收，經(jīng)證明：鉑銠合金對(duì)鐵的污染是很敏感的，鐵往往是陶瓷保護(hù)管套中的雜質(zhì)。

由于直接接觸或金屬成分的分解和進(jìn)一步的蒸發(fā)也會(huì)產(chǎn)生污染。熱電偶直接暴露在爐子蒸氣中似乎比保護(hù)管污染還更為有害，因此幾乎總是使用保護(hù)管。在組裝熱電偶時(shí)，如不特別注意也會(huì)造成污染，在焊接熱端和插入套管時(shí)很容易帶進(jìn)表面雜質(zhì)。用手接觸金屬絲會(huì)形成油膜，所以特別要禁忌。

2 揮發(fā)

在任何合金的熱電偶電極中總有一種元素首先在高溫下?lián)]發(fā)。因此，熱電偶的熱電動(dòng)勢可能發(fā)生很大變化。有時(shí)揮發(fā)會(huì)限制熱電偶的使用時(shí)間。

3 氧化

許多熱電偶由于一根或二根電極被氧化造成不穩(wěn)定，有時(shí)甚至完全失效。對(duì)于銅-康銅、鐵-康銅、鎳鉻-鎳鋁等許多熱電偶氧化決定了它們的最高工作溫度。在某些應(yīng)用中保護(hù)管充惰性氣體或還原性氣體可阻止氧化。但是在另一個(gè)方面，由于某些其他原因，這些氣氛會(huì)增加不穩(wěn)定性。一種元素先氧化往往會(huì)改變熱電偶電極合金的含量，從而也改變分度值。由于氧化，熱電偶熱端的焊接要在惰性或還原性氣氛中進(jìn)行。

4 還原

正如氧化限制了某些熱電偶一樣，還原也限制其他一些熱電偶的使用。大多數(shù)鉑銠熱電偶不應(yīng)長時(shí)期在還原氣氛中使用，這是由于殘留氧化雜質(zhì)的影響，長時(shí)間逐漸還原會(huì)損害金屬的狀態(tài)。

5 物理?xiàng)l件

劇烈的彎曲或其他任何類型的加工硬化在熱電偶絲中形成的內(nèi)應(yīng)力可能產(chǎn)生物理上的不均勻性，細(xì)心操作可以避免大部分由此引起的不均勻性。裝配好的熱電偶經(jīng)過適當(dāng)?shù)耐嘶鹨部稍谀撤N程度上減少這種不均勻性。

6 脆裂

脆裂是造成熱電偶損壞的最常見的原因。污染、氧化、高溫下長期暴露以致再結(jié)晶（鎢、銥）或一些其他反應(yīng)都會(huì)使熱電偶脆裂。

7 照射

每當(dāng)熱電偶用于測量核反應(yīng)堆溫度或可能產(chǎn)生中子轟擊的其他環(huán)境，由于一種或多種元素蛻變產(chǎn)生的成分改變也會(huì)造成不穩(wěn)定性。成分的改變?nèi)Q于熱中子通量、照射時(shí)間等因素，一般可以計(jì)算。但是，它對(duì)于熱電偶分度值的影響是不能計(jì)算的。

在商品熱電偶中鎳鉻-鎳鋁和鐵-康銅熱電偶在中子轟擊下是穩(wěn)定的。在這些合金中只有一種元素—銅會(huì)發(fā)生本質(zhì)變化，所以銅-康銅熱電偶不穩(wěn)定。雖然鉑是穩(wěn)定的，但由于銠會(huì)轉(zhuǎn)化為鈀，所以鉑銠熱電偶也不穩(wěn)定。

除蛻變外，中子照射可使偶絲或絕緣管變熱，也可能在絕緣套管中產(chǎn)生電離從而增加漏導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

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