熱電偶在使用過程中需要注意把握的幾個問題

王博文

摘要：熱電偶試溫度測量儀表中常用的一種測溫元件，在工業(yè)生產(chǎn)、監(jiān)控及化驗(yàn)等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。用熱電偶測量溫度雖然操作不算復(fù)雜，但也有許多需要注意的問題，準(zhǔn)確把握主要問題才能確保測量準(zhǔn)確性。本文對熱電偶使用過程中需要把握的一些問題進(jìn)行了分析探討，旨在提高熱電偶使用操作水平，確保熱電偶工作狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：熱電偶;溫度檢定;準(zhǔn)確性

熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中常用的一種溫度測量元件，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高及輸出信號方便等有點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。熱電偶測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性受到多方面因素影響，如熱電偶本身長度、彎曲度、絕緣電阻等，因此在使用過程中需要加強(qiáng)對相關(guān)問題的把握才能提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

一、熱電偶測溫原理

工業(yè)測溫用熱電偶主要由熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等組成。根據(jù)選用的電偶絲材類型，可將熱電偶分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩種，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在熱電勢與溫度關(guān)系、允許誤差及標(biāo)準(zhǔn)分度表等方面都需達(dá)到國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并有配套顯示儀表可供選用。而非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶相對于標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，其在使用范圍和數(shù)量級上都有所不及，主要應(yīng)用于一些特殊場合。絕緣管在熱電偶中主要應(yīng)用于焊接在一起的熱電偶工作端部位，發(fā)揮絕緣保護(hù)作用，主要有有機(jī)絕緣和無機(jī)絕緣兩種，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)測量對象溫度情況進(jìn)行選擇。保護(hù)管在熱電偶中也有重要作用，不僅可以延長熱電偶使用壽命，而且可增強(qiáng)熱電極強(qiáng)度的作用。合理選用保護(hù)管和絕緣管才能確保熱電偶工作狀態(tài)及測量的準(zhǔn)確性。

當(dāng)兩種不同導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B通過焊接組成一個閉合回路，當(dāng)兩端相互連接時，只要兩結(jié)點(diǎn)處存在溫差，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中便產(chǎn)生一個電動勢，并在回路中形成電流，這種現(xiàn)象稱為“熱電效應(yīng)”。產(chǎn)生的電動勢的方向和大小受到導(dǎo)體材料及兩接點(diǎn)溫度影響，兩種導(dǎo)體組成的回路也就是“熱電偶”，兩種導(dǎo)體稱為“熱電極”，產(chǎn)生的電動勢則稱為“熱電動勢”。熱電偶工作原理如下圖所示：

二、熱電偶使用中需要把握的有關(guān)問題

（一）熱電偶選型問題

熱電偶選用要綜合考慮使用溫度范圍、精度要求、使用氣氛、測定對象性能及響應(yīng)時間等方面。在使用溫度范圍方面，如果溫度在1300-1800℃之間，且精度要求比較高，則可選用B型熱電偶;若要求精度不高，分為與允許可使用鎢錸熱電偶，高于1800℃的話通常使用鎢錸熱電偶;在使用溫度處于1000-1300℃，且精度要求較高情況下，可用S型熱電偶和N型熱電偶。使用氛圍不同，熱電偶在選用上也與所要求，通常情況下，在強(qiáng)氧化和弱還原氣氛中S型、B型和K型熱電偶較為適用，而弱氧化和還原氣氛中則宜用J型和T型熱電偶，但如果保護(hù)管氣密性比較好，對氣氛要求就不太嚴(yán)格。在耐久性及熱響應(yīng)性考慮方面，通常來說，熱電偶線徑大則耐久性較好，但響應(yīng)速度較差，熱容量大的熱電偶，響應(yīng)也較慢，測量梯度大溫度時，在溫度控制情況下，控溫就差。如果要響應(yīng)時間快且要有一定耐久性，那么宜選用鎧裝偶?？傊瑹犭娕歼x用應(yīng)根據(jù)測量對象實(shí)際情況，綜合考慮各方面進(jìn)行選擇。

（二）熱電偶安裝問題

正確安裝熱電偶是確保其正常使用狀態(tài)基本保障，因此在使用熱電偶測量溫度過程中，熱電偶安裝問題要重點(diǎn)把握好。對于熱電偶安裝，要注意以下幾方面：（1）插入深度。為保證溫度測量結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性，熱電偶測量端應(yīng)插入至能夠真正代表被測介質(zhì)溫度位置，通常不小于熱電偶保護(hù)管外徑10倍深度;（2）防負(fù)壓措施。由于被測介質(zhì)負(fù)壓會對流現(xiàn)象，因此在安裝過程中要認(rèn)真檢查介質(zhì)負(fù)壓情況，如果存在負(fù)壓則熱電偶應(yīng)采取密封措施，以避免對流影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性;（3）安裝角度。為避免保護(hù)管在高溫作用下發(fā)生變形，一般情況，熱電偶安裝應(yīng)盡量保持垂直，但如果存在流速，則采取熱電偶傾斜45°安裝為宜;（4）安裝位置。為盡量減小外來因素對測量結(jié)果準(zhǔn)確性影響，熱電偶應(yīng)盡量選擇遠(yuǎn)離熱源、電場及強(qiáng)磁場等位置進(jìn)行安裝。

（三）熱電偶檢查問題

在使用熱電偶對有關(guān)介質(zhì)溫度進(jìn)行測定時，熱電偶如存在不佳情況則會影響測量結(jié)果，因此應(yīng)高度重視偶絲檢查工作。熱電偶檢查重點(diǎn)有以下幾方面：（1）熱電偶長度。由于熱電偶在離開測溫區(qū)后需要足夠?qū)挼臏囟忍荻葏^(qū)，為阻止熱電偶熱端熱量傳給冷端，熱電偶熱端與冷端間應(yīng)有足夠距離?，F(xiàn)有相關(guān)檢定規(guī)程對熱電偶長度都有明確規(guī)定，如JJG 351—1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》中規(guī)定熱電偶長度不小于750 mm，JJF 1262—2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》中規(guī)定鎧裝熱電偶長度不小于 500 mm。因此，在使用熱電偶前應(yīng)對其長度進(jìn)行確認(rèn)。（2）熱電偶偶絲表層檢查。熱電偶電極絲表層情況對測量結(jié)果準(zhǔn)確性有一定影響，這主要是由于表層情況會影響到熱電偶熱電特性的穩(wěn)定性，因此應(yīng)保證電極絲光亮，如有發(fā)暗發(fā)黑情況，則可用小錘子輕敲或進(jìn)行偶絲清洗等措施，對表層污染層進(jìn)行清除。（3）熱電偶偶絲彎曲情況。熱電偶偶絲具有細(xì)軟、易變性的特點(diǎn)，而偶絲一旦存在折疊、扭曲等現(xiàn)象，熱電特性就會發(fā)生改變，從而影響測量結(jié)果準(zhǔn)確性，因此在熱電偶檢定前應(yīng)對偶絲進(jìn)行全面觀察，如存在彎曲則需要將其拉直。

（四）絕緣電阻影響問題

在高溫條件下，熱電偶絕緣電阻會隨著溫度升高而急劇降低，從而產(chǎn)生漏電流，電流經(jīng)絕緣電阻已經(jīng)下降的絕緣物流入儀表，會影響儀表指示穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生測量誤差。為降低絕緣電阻影響，在使用前應(yīng)對其進(jìn)行測試，滿足檢定要求才能應(yīng)用于實(shí)際測量中。

（五）補(bǔ)償導(dǎo)線使用問題

合理采用補(bǔ)償導(dǎo)線可將熱電偶冷端延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，但在使用中要注意幾方面。一是補(bǔ)償導(dǎo)線外部絕緣層必須著色，型號要相配，極性連接正確。二是由于Ⅰ級電熱偶準(zhǔn)確性較高，允許誤差小，而補(bǔ)償導(dǎo)線都存在一定誤差，因此在檢定Ⅰ級電熱偶中不能使用補(bǔ)償導(dǎo)線。

（六）熱電偶參考端使用溫度問題

從實(shí)踐來看，熱電偶使用時其參考端溫度原則上需維持在0℃，但這在現(xiàn)實(shí)情況中是很難實(shí)現(xiàn)的。為此在實(shí)際工作中，我們可以利用室溫式或補(bǔ)償式參考端，如此一來其溫度將直接影響儀表示值。另外，熱電偶如果帶有補(bǔ)償式參考端儀表的話，它地使用應(yīng)當(dāng)要在完全補(bǔ)償環(huán)境中才行。

三、結(jié)束語

總而言之，熱電偶溫度計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用，在實(shí)際使用過程中，應(yīng)根據(jù)熱電偶工作原理，結(jié)合實(shí)際使用情況，加強(qiáng)對相關(guān)問題的分析、研究和把握，這樣才能夠在確保熱電偶處于最佳狀態(tài)情況下確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李楠.熱電偶測溫系統(tǒng)中常見故障處理方法[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2017，11（下旬刊）.

[2]楊浩.熱電偶檢定與使用中應(yīng)注意問題的分析[J].工業(yè)計(jì)量，2015，1：65-68.

[3]祁晶.影響熱電偶溫度計(jì)精確度及注意事項(xiàng)的分析[J]，黑龍江科技信息，2011年04期.