熱電偶溫度計(jì)量的誤差原因與處置技術(shù)措施

李彬彬

梧州市計(jì)量測試所 廣西梧州 543000

熱電偶溫度計(jì)量有眾多優(yōu)勢，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，企業(yè)應(yīng)當(dāng)對其有更高的重視，加強(qiáng)對溫度計(jì)量工作的開展，結(jié)合實(shí)際發(fā)展情況，改良創(chuàng)新出與時(shí)俱進(jìn)的溫度計(jì)量工具。

1 熱電偶測溫原理

熱電偶工作測溫的主要原理是利用塞貝克效應(yīng)，然后再將溫度差轉(zhuǎn)化為電信號，再利用儀表將電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，也就是儀表上所顯示的數(shù)值。當(dāng)溫度差越大時(shí)，不同導(dǎo)體間的電流就會越強(qiáng)，產(chǎn)生的電流信號也是愈強(qiáng)，在儀表上所顯示的測溫值也更大，兩者是正相關(guān)關(guān)系。熱電偶準(zhǔn)確度高、靈敏度高、測溫時(shí)間短，達(dá)到了又快又準(zhǔn)的目的，同時(shí)能夠直接接觸待測物質(zhì)是其最大優(yōu)勢。但是隨著熱電偶使用時(shí)間增加，導(dǎo)致精準(zhǔn)度會逐漸下降，出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，需要對其誤差來源進(jìn)行不斷分析，從而對其加強(qiáng)維護(hù)、保養(yǎng)以及校正，這樣才能有效避免過大的誤差，保證測量的精準(zhǔn)度。

2 熱電偶測量的常見問題

2.1 溫度計(jì)量儀表達(dá)到上限溫度，儀表數(shù)值最大化

工作人員在對熱電偶溫度儀器進(jìn)行對接工作時(shí)，時(shí)常會有儀表的指針出現(xiàn)溫度快速上升或者一動不動的現(xiàn)象，這時(shí)有經(jīng)驗(yàn)的工作人員都會對熱電偶系統(tǒng)進(jìn)行檢查，觀察其是否出現(xiàn)短路的情況。在實(shí)際的工作中，工作人員一般默認(rèn)為熱電偶自身發(fā)生損壞導(dǎo)致溫度儀器的溫度驟然上升或者不動，缺乏一定的科學(xué)性和檢驗(yàn)工作。同時(shí)在工作中也應(yīng)當(dāng)選擇量程更加合適的溫度計(jì)，否則儀表數(shù)值可能最大化，對溫度計(jì)造成損壞。

2.2 用戶缺乏熱電偶更換操作的專業(yè)知識技能

用戶在進(jìn)行熱電偶更換操作時(shí)分不清所對應(yīng)的正極和負(fù)極的標(biāo)識，從而導(dǎo)致在線路對接過程中容易出現(xiàn)熱電偶一起指針反向的現(xiàn)象。并且，大多數(shù)的溫度計(jì)量用戶都缺乏專業(yè)的操作水平和知識，導(dǎo)致在使用熱電偶溫度計(jì)量時(shí)沒有規(guī)范的操作，無法有效應(yīng)用溫度計(jì)量。在進(jìn)行更換熱電偶的時(shí)候還會存在正負(fù)極連接正確，但是補(bǔ)償導(dǎo)線卻出現(xiàn)接反的現(xiàn)象，這屬于很難察覺的一種失誤，很多用戶都不明白為什么會出現(xiàn)這樣的問題，這種失誤影響了儀表的實(shí)際測量溫度呈現(xiàn)。

2.3 全浸式的溫度計(jì)插入深度不夠

現(xiàn)階段我國溫度計(jì)量工作中使用的溫度計(jì)大部分是全浸式的水銀溫度計(jì)，該溫度計(jì)在使用過程中要求相關(guān)的測量人員將溫度計(jì)插入足夠深的深度來保證測量的精準(zhǔn)。但是在實(shí)際的操作過程中，有時(shí)因測量人員操作不規(guī)范，插入深度不夠，導(dǎo)致測溫度和實(shí)際穩(wěn)定度存在較大偏差，從而影響了溫度計(jì)量檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性[1]。

3 熱電偶溫度計(jì)量的誤差原因及處置技術(shù)措施

3.1 安裝與傳熱原因引起的計(jì)量誤差

熱電偶在進(jìn)行溫度測量時(shí)，需要直接與被測對象接觸，換言之，使用熱電偶進(jìn)行溫度測量，必將其插入到被測介質(zhì)當(dāng)中，這樣才能使熱電偶從被測介質(zhì)中吸收熱量，從而使自身的溫度升高，并以熱輻射與熱傳導(dǎo)的方式，向低溫區(qū)散發(fā)熱量。而在測量端各處散失的熱量與氣流吸收的熱量達(dá)到平衡時(shí)，熱電偶才能準(zhǔn)確測量出介質(zhì)的溫度，并對數(shù)值進(jìn)行顯示。需要指出的一點(diǎn)是，這個(gè)溫度并不是氣流的真實(shí)溫度，因?yàn)闇y量過程中散失掉的熱量是通過氣流加熱進(jìn)行補(bǔ)償，氣流與熱電偶的測量端之間在進(jìn)行熱交換時(shí)，處于一種不平衡的狀態(tài)，所以二者的溫度也并不相同。

（1）熱輻射誤差的處置技術(shù)措施。由于測量端與外界環(huán)境之間存在輻射熱交換的情況，因此，會引起熱輻射誤差，主要成因是對流換熱無法達(dá)到熱平衡。針對該問題，可以通過削弱輻射換熱和加劇對流換熱的方法，進(jìn)行解決處理。具體做法如下：可在管壁上鋪設(shè)絕熱層，以此來降低管壁與熱電偶測量端之間的溫差，或是在熱電偶的工作段外部加裝一個(gè)屏蔽罩；可通過增加流體的流速或是加強(qiáng)擾動，來增大流體的放熱系數(shù)；減小熱電偶絲的直徑，使熱電偶的熱電極與氣流之間形成跨流，這樣也能解決熱輻射引起的誤差問題[2]。

（2）導(dǎo)熱誤差的處置技術(shù)措施。使用熱電偶對溫度較高的氣流進(jìn)行測量時(shí)，因沿著熱電偶長度存在溫度梯度，所以，會使測量端沿?zé)犭姌O導(dǎo)熱，從而導(dǎo)致指示溫度與實(shí)際溫度出現(xiàn)偏離，實(shí)踐表明，導(dǎo)熱量差的越多，誤差就越大。對于此類誤差，可以采取加劇對流或是削弱導(dǎo)熱等措施進(jìn)行解決處理，具體做法如下：可以適當(dāng)增加長徑比，并將熱電偶從原本的垂直安裝，改成傾斜安裝，或是安裝在彎頭位置處，在實(shí)際安裝的過程中，必須保證熱電偶的測量端與氣流方向相對，并且要處于流速最大的部位。在選用熱電偶時(shí)，可以選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的材料。

3.2 熱電特性不穩(wěn)定引起的計(jì)量誤差

3.2.1 污穢與應(yīng)力

通過對熱電偶的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，對偶絲進(jìn)行加工的過程中，通常需要經(jīng)過多道的縮徑拉伸，由此不可避免地會使偶絲表面粘上一些污穢的物質(zhì)。同時(shí)，在不斷地縮徑拉伸中，偶絲的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)不均勻的應(yīng)力，雖然淬火處理時(shí)引入的應(yīng)力可以通過退火進(jìn)行消除，但若是退火質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，則會造成計(jì)量誤差，其范圍從十分之幾度到幾度不等，這個(gè)誤差主要與熱電極的溫度梯度大小有關(guān)。市面上常見的廉金屬熱電偶的偶絲在經(jīng)過退火處理后，便會交付使用，若是采用較高的溫度對此類熱電偶進(jìn)行退火則必須保證退火的溫度高于使用溫度上限，并且插入深度也要大于使用深度，這樣才能有效避免計(jì)量誤差的產(chǎn)生。

3.2.2 不均勻性

如果熱電偶采用均質(zhì)的導(dǎo)體制作而成，那么其熱電勢主要與兩端的溫度有關(guān)，若是制作熱電極的材料為非均質(zhì)，則會使熱電偶產(chǎn)生不均勻電勢，而熱電極長度的溫度梯度分布情況決定了這個(gè)不均勻電勢的大小，并且材料本身的不均勻程度也與不均勻電勢的大小有一定關(guān)聯(lián)。實(shí)踐表明，不均勻電勢引起的計(jì)量誤差可以達(dá)到30℃左右，因此，為避免這一問題引起的計(jì)量溫差，應(yīng)當(dāng)選用均質(zhì)導(dǎo)體對熱電偶進(jìn)行制作，并在使用前進(jìn)行檢驗(yàn)，確保誤差在允許范圍以內(nèi)方可使用[3]。

4 結(jié)語

工業(yè)中對溫度的控制是在所難免的，控制精確的溫度對工業(yè)生產(chǎn)方面有巨大意義，隨著需求的產(chǎn)生，熱電偶也順勢而生，越來越廣泛的被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。熱電偶能夠直接和環(huán)境相接觸，測出環(huán)境中的溫度，省略與介質(zhì)接觸步驟，從而使測量的溫度更加精準(zhǔn)，誤差更小。