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WRN-230熱電偶的測(cè)量誤差分析大揭秘

閱讀：406        發(fā)布時(shí)間：2017-9-13

WRN-230熱電偶是一種簡單﹑普通的溫度傳感器?？墒侨绻谑褂弥胁蛔⒁?，也會(huì)引起較大測(cè)量誤差。針對(duì)當(dāng)前存在的問題，詳細(xì)探討影響測(cè)量誤差的主要因素：熱電偶插入深度﹑響應(yīng)時(shí)間﹑熱輻射及熱阻抗等，指出熱電偶絲不均質(zhì)﹑鎧裝熱電偶分流誤差﹑K型熱電偶的選擇性氧化﹑K狀態(tài)﹑使用氣氛﹑絕緣電阻及熱電偶劣化等在使用中應(yīng)注意事項(xiàng)。對(duì)提高測(cè)量精度，延長熱電偶?jí)勖?，有一定幫助?

WRN-230熱電偶在現(xiàn)有的測(cè)溫系統(tǒng)中，常用的溫度傳感器—熱電偶，因其結(jié)構(gòu)簡單，往往被誤認(rèn)為“熱電偶兩根線，接上完事”，其實(shí)并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但在使用中仍然會(huì)出現(xiàn)各種問題。例如：安裝或使用方法不當(dāng)，將會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，甚至檢定合格的熱電偶也會(huì)因操作不當(dāng)，在使用時(shí)不合格，在滲碳等還原性氣氛中，如果不注意，K型熱電偶也會(huì)因選擇性氧化而超差。       

為了提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差，延長熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應(yīng)具備儀表方面的操作技能，而且還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識(shí)。作者根據(jù)多年實(shí)踐，并參閱有關(guān)資料較詳細(xì)地介紹熱電偶的測(cè)量誤差及其注意事項(xiàng)。         

1、熱電偶絲不均質(zhì)影響         

a、熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)         

熱電偶在計(jì)量室檢定時(shí)，按規(guī)程要求，插入檢定爐內(nèi)的深度只有300mm。因此每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切的說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測(cè)量端開始300mm長偶絲的熱電行為，然而，當(dāng)熱電偶的長度較長時(shí)，則大部分偶絲處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲是均質(zhì)的，那么依據(jù)均質(zhì)回路定則，測(cè)量結(jié)果與長度無關(guān)。然而，熱電偶絲并非均質(zhì)，尤其是廉金屬熱電偶絲其均質(zhì)性較差，又處于具有溫度梯度的場(chǎng)合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)稱為寄生電勢(shì)。由寄生電勢(shì)引起的誤差稱為不均質(zhì)誤差。       

在現(xiàn)有的貴金屬、廉金屬熱電偶檢定規(guī)程中，對(duì)熱電偶的不均質(zhì)尚未作出規(guī)定，只有在熱電偶絲材標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)熱電偶絲的不均勻性有一定要求。對(duì)廉金屬熱電偶采用首尾檢定法求出不均勻熱電動(dòng)勢(shì)。正規(guī)熱電偶絲材生產(chǎn)廠，均按國家標(biāo)準(zhǔn)要求，生產(chǎn)出不均勻熱電動(dòng)勢(shì)符合要求的產(chǎn)品。         

b、熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)        

對(duì)于新制的熱電偶，即使是不均勻熱電動(dòng)勢(shì)能滿足要求，但是，反復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下也會(huì)因偶絲的劣化而引起熱電動(dòng)勢(shì)變化，例如：插入工業(yè)爐中的熱電偶，將沿偶絲長度方向發(fā)生劣化，并隨溫度增高，劣化增強(qiáng)，當(dāng)劣化的部分處于具有溫度梯度的場(chǎng)所，也將產(chǎn)生寄生電動(dòng)勢(shì)疊加在總熱電動(dòng)勢(shì)中而出現(xiàn)測(cè)量誤差。        

在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有的熱電偶經(jīng)計(jì)量部門檢定合格的產(chǎn)品（多為廉金屬熱電偶）到現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)卻不合格。再返回到計(jì)量部門檢定仍然合格，其中主要原因是偶絲不均質(zhì)引起的。生產(chǎn)熱電偶的技術(shù)人員都切身體會(huì)到，熱電偶的不合格率也隨其長度的增加而增加。皆是受熱電偶絲材不均質(zhì)的影響?？傊刹痪|(zhì)即寄生電動(dòng)勢(shì)引起的誤差，取決于熱電偶絲自身的不均質(zhì)程度及溫度梯度的大小，對(duì)其定量極其困難。   

2、鎧裝熱電偶的分流誤差

a、分流誤差        

瓦軸集團(tuán)滲碳爐用鎧裝熱電偶，僅使用一周不準(zhǔn)了。為探討原因，作者曾到現(xiàn)場(chǎng)考察，但未發(fā)現(xiàn)異常，只好從爐子上取下來經(jīng)計(jì)量室檢定結(jié)果合格。那么問題何在呢？后，根據(jù)該支熱電偶的現(xiàn)場(chǎng)安裝特點(diǎn)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是鎧裝熱電偶的分流誤差造成的。        

所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測(cè)量爐溫時(shí)，當(dāng)熱電偶中間部位有超過800°C的溫度分布存在時(shí),因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。依據(jù)均質(zhì)回路定則，用熱電偶測(cè)溫只與測(cè)量端與參考端兩端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無關(guān)?？墒怯捎阪z裝熱電偶的絕緣物是粉末狀MgO，溫度每升高100°C，其絕緣電阻下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，當(dāng)中間部位溫度較高時(shí)，必定有漏電流產(chǎn)生，致使在熱電偶輸出電勢(shì)中有分流誤差出現(xiàn)。      

b、分流誤差產(chǎn)生的條件       

將鎧裝熱電偶水平插入爐內(nèi)，其規(guī)格及實(shí)驗(yàn)條件為：直徑ф4.8mm,長度為25m,中間部位加熱帶的長度為20m，溫度為1000℃。本次實(shí)驗(yàn)中，熱電偶的測(cè)量端與中間部位的溫差為200℃。如果測(cè)量端溫度高于中間部位，則產(chǎn)生負(fù)誤差；相反，則產(chǎn)生正誤差。如果兩者的溫差為200℃，那么，分流誤差約為100℃。這是不能忽視的，分流誤差的產(chǎn)生條件與鎧裝熱電偶種類和直徑等因素有關(guān)。

WRN-230熱電偶分度號(hào)

熱電偶分度號(hào)

熱電極材料


　　

正極

負(fù)極

S

鉑銠 10

純鉑

R

鉑銠 13

純鉑

B

鉑銠 30

鉑銠 6

K

鎳鉻

鎳硅

T

純銅

銅鎳

J

鐵

銅鎳

N

鎳鉻硅

鎳硅

E

鎳鉻

銅鎳

WRN-230熱電偶

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