工業(yè)熱電偶冷端補(bǔ)償及檢定技術(shù)研究

江飛 冉啟文 謝剛旭 楊舟洲

摘 要：本文主要針對(duì)工業(yè)熱電偶的冷補(bǔ)償以及分類方法做了簡(jiǎn)單介紹。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工業(yè)熱電偶的參考端有特定的檢測(cè)方法，為方便更多人了解工業(yè)熱電偶的正確使用方法，作者在文章中簡(jiǎn)明闡述了依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所使用的特殊的檢定裝備以及檢定方法。對(duì)工業(yè)熱電偶進(jìn)行規(guī)范化檢定可以有效保證工業(yè)量值的準(zhǔn)確性，從源頭上把控產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：熱電偶;檢定裝備;冷端補(bǔ)償

溫度作為七個(gè)基本國(guó)際單位物理量之一，溫度直接影響著火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定與否。溫度計(jì)量工作者必須在日常工作中認(rèn)真把握溫度的數(shù)值，準(zhǔn)確傳遞相關(guān)信息，從而保障火力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，維護(hù)我國(guó)電力安全。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，工業(yè)熱電偶參考端溫度不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，影響設(shè)備的整體使用，可以利用補(bǔ)償導(dǎo)線或參考端溫度補(bǔ)償器等解決該問(wèn)題。

1 熱電偶冷端補(bǔ)償

工業(yè)用熱電偶的工作原理是利用前端溫度與冷端溫度的差值判斷當(dāng)前溫度，要保證熱電偶所測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就必須將冷端溫度維持在規(guī)定范圍內(nèi)。工業(yè)用熱電偶的參考端溫度應(yīng)該維持在0度，然而實(shí)際使用過(guò)程中，由于環(huán)境因素和人為因素，參考端溫度很難達(dá)到0度，因此應(yīng)該采用一些數(shù)學(xué)補(bǔ)償或邏輯修正的方法，除去冷端溫度不穩(wěn)定造成的數(shù)值偏差問(wèn)題，目前被大量用于實(shí)際使用的方法主要有：冰點(diǎn)法、溫度補(bǔ)償法、補(bǔ)償導(dǎo)線法以及電橋補(bǔ)償法。

1.1 冰點(diǎn)法

冰點(diǎn)法是指在使用時(shí)將熱電偶的冷端置于0度冰水中，使冷端溫始終維持在0度附近，然而該方法操作難度性較大，因此僅被使用于實(shí)驗(yàn)室當(dāng)中。

1.2 溫度補(bǔ)償法

若當(dāng)前熱電偶所測(cè)量出的前端溫度為t而冷端溫度為t0，該熱電偶當(dāng)前輸出電勢(shì)為E（t，t0）。依據(jù)工業(yè)熱電偶的工作原理，可以利用數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換方法將熱電偶的輸出電勢(shì)轉(zhuǎn)化為冷端為0度的數(shù)值即E（t，0）=E（t，t0）+E（t，0）。使用該方式首先要取得熱電偶的冷端溫度t0，然后查詢分度表，尋找E（t，0）參考上述公式計(jì)算得E（t，0）再次查詢分度表取得相應(yīng)溫度值。該方法被廣泛應(yīng)用于實(shí)際公益活動(dòng)過(guò)程中。

1.3 補(bǔ)償導(dǎo)線法

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以利用物理屬性與熱電偶相類似的導(dǎo)線，將熱電偶的冷端與設(shè)備的接線端相連接，該過(guò)程使用的導(dǎo)線僅僅是將熱電偶的冷端與固定溫度環(huán)境下的接線端相連接，導(dǎo)線本身無(wú)法去除熱電偶冷端溫度的不確定性，因此不具有補(bǔ)償?shù)淖饔?。所以在使用該方法時(shí)要使同時(shí)使用冰點(diǎn)法或熱電勢(shì)補(bǔ)償法等方法更正冷端非0引起的數(shù)值差異問(wèn)題。

2 熱電偶的檢定

新生產(chǎn)的熱電偶為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性必須在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格的檢定程序，測(cè)量合格后方可進(jìn)入市場(chǎng)流通。大多數(shù)熱電偶的熱電屬性會(huì)因?yàn)樽匀画h(huán)境、人為因素等影響產(chǎn)生一定的改變，因此，工廠必須針對(duì)熱電偶進(jìn)行定期檢測(cè)，檢測(cè)達(dá)標(biāo)后方可繼續(xù)使用，否則應(yīng)該盡快更換熱電偶。

2.1 主要檢定設(shè)備

貴金屬熱電偶的主要檢定裝備在此不多贅述，同類型的廉金屬熱電偶主要檢定儀器通常包括：

①一等、二等標(biāo)準(zhǔn)的鉑銠10-鉑熱電偶各1個(gè);一套量程-30-到300℃的二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)，二等標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻溫度儀一組;②一組精準(zhǔn)度高于0.02級(jí)、最小步進(jìn)值小于1V的低電勢(shì)直流電位差計(jì)，也可以使用同等級(jí)別的其他儀器進(jìn)行替代;③寄生電勢(shì)≤1μV的多點(diǎn)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);④參考端恒溫器，恒溫器內(nèi)溫度控制在0 ℃，容差0.1;⑤有效工作空間里的溫差不高于0.2℃的定溫油槽;⑥符合檢定標(biāo)準(zhǔn)的管式爐及控溫裝置。

2.2 常規(guī)的檢定手段

目前最常使用的熱電偶溫度計(jì)的檢定方法是比較法，該方法將待檢熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶進(jìn)行對(duì)比，把標(biāo)準(zhǔn)熱電偶及待檢熱電偶共同放置于檢定爐中，將熱電偶的測(cè)量端放置于爐內(nèi)溫場(chǎng)均勻的空間，然后依據(jù)相關(guān)流程進(jìn)行檢定。目前通常使用的比較方法是雙極法和同名極法。

2.2.1 雙極法

雙極法是指在所有檢定點(diǎn)都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶以及待測(cè)熱電偶進(jìn)行電勢(shì)測(cè)量，然后利用數(shù)學(xué)公式計(jì)算出待測(cè)熱電偶的數(shù)值。將爐內(nèi)溫度上升至檢定點(diǎn)后，待溫度穩(wěn)定一段時(shí)間，依次測(cè)量各個(gè)熱電偶的熱電勢(shì)，最少進(jìn)行四次測(cè)量。雙極法測(cè)定熱電偶的公式中，e t表示的是標(biāo)準(zhǔn)熱電偶所定義的設(shè)置熱電勢(shì)值;De t表示的是在檢測(cè)點(diǎn)附近所測(cè)量到的熱電偶的熱電勢(shì)算術(shù)平均值與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶該數(shù)值之間的差值。

2.2.2 同名極法

同名極法主要應(yīng)用于同類型的熱電偶檢定過(guò)程中。將待測(cè)熱電偶的電極同測(cè)量設(shè)備的“+”口連接，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的電極同測(cè)量設(shè)備的“-”口連接。將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與待測(cè)熱電偶一同放置于檢定爐內(nèi)。爐內(nèi)溫度上升至檢定溫度并保持一定時(shí)間后進(jìn)行測(cè)量，最少進(jìn)行四次測(cè)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

熱電偶溫度測(cè)量?jī)x被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在石油加工、化學(xué)、能源、軍工以及航天等領(lǐng)域皆可見(jiàn)到它的身影，除此之外，它還被應(yīng)用于科研儀器醫(yī)學(xué)設(shè)備、家用電器以及汽車制造等。

作者簡(jiǎn)介：

江飛（1969- ），助理工程師，四川廣播電視大學(xué)，大專。