熱電偶溫度偏差和跳變的原因及解決方案

　　熱電偶是溫度測量中常用的溫度測量元件，直接影響測量環(huán)境的溫度，可以將溫度控制信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，然后通過溫度測量儀器轉(zhuǎn)換成被測物體的溫度。

　　與其他溫度測量元件相比，熱電偶具有較高的測量精度，較寬的測量范圍，快速的響應(yīng)速度，對溫度變化的靈活響應(yīng)以及高達(dá)毫秒的響應(yīng)時(shí)間。但是，在溫度測量過程中，仍然會受到許多因素的影響，例如: 測量環(huán)境溫度場、電磁干擾、安裝位置和深度、絕緣材料和保護(hù)管材料的選擇可能會影響最終的測量效果。本文簡要分析了熱電偶在實(shí)際工作溫度測量過程中的溫度偏差和跳躍問題，并提出了相應(yīng)的解決方案，為熱電偶在實(shí)際工作測量中的應(yīng)用提供參考。

　　一、測溫原理

　　熱電偶根據(jù)熱電效應(yīng)測量溫度，是不同成分的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的兩端形成一個(gè)電路。當(dāng)兩端都有溫度梯度時(shí)，電路中的電流就會順利流動。此時(shí)，兩端之間存在電動勢-熱電勢。在實(shí)際溫度測量過程中，一端斷開，另一端焊接在一起。

　　二、原因

　　熱電偶測量過程可能受多種因素的影響，或以下因素：

　?、?由于熱電偶已在實(shí)驗(yàn)室中校準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室中的平衡時(shí)間不足以避免因值變化、校準(zhǔn)人員的技術(shù)水平和驗(yàn)證系統(tǒng)維護(hù)不足造成的偏差。這就是原因。

　　② 選擇測量點(diǎn)

　　熱電偶的位置和深度，即測量點(diǎn)的選擇非常重要。溫度測量點(diǎn)的位置應(yīng)盡可能靠近要測量的溫度點(diǎn)。溫度測量點(diǎn)應(yīng)避免強(qiáng)電磁場干擾源，或加熱設(shè)備不應(yīng)太靠近。如不可避免，必須采取相應(yīng)措施。

　?、蹨y量過程中是否受到滋擾

　　測量過程中遇到的煩人問題主要是由于熱電偶的內(nèi)外環(huán)境。由于內(nèi)部原因，不良的熱電偶絕緣會嚴(yán)重影響熱電偶的準(zhǔn)確測量。為了制造顯示設(shè)備，即使絕緣不能正常工作，也會因絕緣性能下降而導(dǎo)致各種偏差。例如，熱電極絕緣瓷管的絕緣電阻較低，繞過熱電流，導(dǎo)致測量偏差。保護(hù)管和端子的污染會導(dǎo)致絕緣不良和接觸不良，從而影響熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，并可能導(dǎo)致熱電偶干擾和溫度漂移。外部原因很容易受到變壓器、大功率電機(jī)、變頻器等的影響。

　?、軣岫栊砸氲钠?/p>

　　這種環(huán)境相對復(fù)雜，與場景中的許多因素有關(guān) 因此，在選擇產(chǎn)品時(shí)，必須仔細(xì)考慮所有因素。因此，請使用保護(hù)管直徑較小的熱電偶。如果允許，請拆下保護(hù)管。由于測量延遲，熱電偶測量的溫度波動將小于實(shí)際溫度波動。之后測量值越大，熱電偶波動范圍越小，實(shí)際溫差越大。當(dāng)使用熱響應(yīng)時(shí)間較長的熱電偶測量或控制溫度時(shí)，設(shè)備的溫度幾乎不受波動的影響，但實(shí)際環(huán)境溫度波動可能很大。為了準(zhǔn)確測量溫度，應(yīng)選擇熱響應(yīng)時(shí)間較小的熱電偶。在使用過程中，通常應(yīng)采用導(dǎo)熱性好、管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)層。如果需要快速準(zhǔn)確的溫度測量，可以使用裸線熱電偶，但裸線熱電偶容易被污染和損壞，必須實(shí)時(shí)校準(zhǔn)或更換?，F(xiàn)場操作人員有責(zé)任了解現(xiàn)場的所有關(guān)鍵點(diǎn)，了解測量要求，選擇合適的設(shè)備。

　?、菸廴竞透g熱電極

　　熱電偶線細(xì)，軟，易變形。若熱電偶塑性變形( 例如，彎曲或扭曲不正確) 引起熱電偶絲的變形應(yīng)力，則熱電偶的熱電技術(shù)特性會發(fā)生變形，熱電偶也會發(fā)生變形。評估研究結(jié)果可能會產(chǎn)生影響。因此，測量前必然要把熱電偶絲拉直。當(dāng)熱電偶絲被污染，乃至被氧化時(shí)，會使熱電極偶絲表面不光亮、發(fā)黑發(fā)暗。目前，用于熱電極的熱電材料的性能還不是很安全和穩(wěn)定，并且測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還相對不準(zhǔn)確。因此，有必要清潔被污染的電極并去除這些被污染的物體。熱電偶絲表面污染的程度越大，熱電特性改變就越大，由此偏差就越大。

　?、抟氩划?dāng)補(bǔ)償?shù)钠?/p>

　　從熱電偶溫度測量原理可以看出，只有當(dāng)熱電偶冷端溫度穩(wěn)定時(shí)，熱電勢才能對應(yīng)測量的溫度 1 ∶ 1。在實(shí)際使用中，熱電偶放置在現(xiàn)場設(shè)備上，冷端暴露在空氣中，受環(huán)境溫度場的影響。同時(shí)，如果熱電偶的冷端接近熱端，冷端的溫度將非常困難。非常穩(wěn)定，會導(dǎo)致測量偏差。

　　⑦熱電偶接線盒內(nèi)部受到污染

　　接線盒的目的是方便補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶線的連接，保護(hù)熱電偶免受污染。雖然接線盒的工藝越來越先進(jìn)，但仍不能保證灰塵和導(dǎo)電液的侵入，導(dǎo)致測量過程中溫度跳變問題無法保證可靠性。

　　⑧響應(yīng)時(shí)間的影響

　　熱電偶電極和保護(hù)管越厚，熱電偶壁越厚，熱電偶越惰性，這將增加熱電偶的穩(wěn)定性，創(chuàng)造不同的材料，并有更高的導(dǎo)熱性。不同之處在于，也會影響響應(yīng)時(shí)間。因此，正常的驗(yàn)證過程需要根據(jù)熱電偶的類型選擇適當(dāng)?shù)募訜崴俾屎蜔崞胶鈺r(shí)間。

　　三、解決方案

　　①熱電偶檢、標(biāo)定

　　為避免在檢查過程中引入偏差，應(yīng)嚴(yán)格遵守檢查過程中的檢查規(guī)則。檢查員必須通過評估，并持有項(xiàng)目相關(guān)計(jì)量部門頒發(fā)的證書。為保證價(jià)值傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，必須將使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)送給合法的計(jì)量檢查員或認(rèn)可的計(jì)量機(jī)構(gòu)，以便及時(shí)驗(yàn)證。計(jì)量驗(yàn)證系統(tǒng)按計(jì)劃進(jìn)行維護(hù)。由于使用頻繁，各通道開關(guān)的接觸點(diǎn)容易弄臟，導(dǎo)致長期使用后接觸不良，影響測量數(shù)據(jù)。因此，使用一段時(shí)間后，每個(gè)通道開關(guān)的接觸點(diǎn)可以用無水酒精清洗。

　?、谡_選擇測溫點(diǎn)

　　熱電偶應(yīng)盡可能接近要測量的溫度點(diǎn)。在測量流體溫度時(shí)，熱電偶測量端應(yīng)盡可能在液體中間，并與被測流體相對。為避免沿?zé)犭娕籍a(chǎn)生熱量或防止環(huán)保管影響被測溫度，熱電偶應(yīng)浸入被測流體技術(shù)中，深度發(fā)展至少為直徑 10 兩倍。在測量固體溫度時(shí)，熱電偶應(yīng)與物體緊密接觸。為了盡量減少偏差值，應(yīng)確保周圍溫度場的穩(wěn)定性。熱電偶應(yīng)盡量安裝在無振動或振動小的地方，盡量不要安裝在拐角處。

　?、圻x用合適的保護(hù)管材料和絕緣材料

　　除了快速測量外，還需要使用裸露的熱電偶來提高響應(yīng)速度，并在正常使用期間增加保護(hù)管。保護(hù)管材料的選擇對熱電偶的穩(wěn)定性有很大的影響，因此有必要根據(jù)實(shí)際使用條件選擇合適的保護(hù)管。絕緣材料的選擇也是一個(gè)更重要的因素，因?yàn)檫@也是導(dǎo)致溫度跳躍的關(guān)鍵因素之一。絕緣材料的選擇需要耐高溫、耐腐蝕、薄壁和耐磨性。

　　④正確選擇補(bǔ)償方法

　　為了減少或消除熱電偶冷端溫度變化引起的測量偏差，必須采取冷端補(bǔ)償措施。補(bǔ)償方法包括： 熱電勢修正法、補(bǔ)償導(dǎo)線法、參考端溫度補(bǔ)償法、冷端溫度補(bǔ)償器。熱電偶與冷端溫度補(bǔ)償器連接時(shí)，注意極性不的錯(cuò)誤; 補(bǔ)償器必須定期檢查和驗(yàn)證。

　　在實(shí)際使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)特別注意以下幾個(gè)方面：1) 補(bǔ)償導(dǎo)線選擇相應(yīng)型號的熱電偶，不能混用。如果用普通導(dǎo)線代替補(bǔ)償導(dǎo)線，就不會發(fā)揮補(bǔ)償作用，反而會降低測溫的準(zhǔn)確性。2) 補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶和測量儀器連接時(shí)，必須注意補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極與熱電偶的正負(fù)極連接，否則測溫偏差會增加。3) 在溫區(qū)內(nèi)，使用的補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電勢應(yīng)與原熱電偶一致，以確保測量的準(zhǔn)確性。

　?、菘垢蓴_措施

　　1) 選擇帶絕緣層和屏蔽層的熱電偶，使用聚氯乙烯或聚四氟乙烯作為護(hù)套，將護(hù)套緊密包裹在絕緣層上。可絞起熱電偶線，在測試設(shè)備電源或熱電偶線上安裝濾波器磁環(huán)，達(dá)到更好的抗干擾效果。2) 將熱電偶的測量端或參考端接地，測量對象也需要一起接地，選擇耐高溫、對熱電偶無害的金屬線。3) 將熱電偶懸掛在空氣中，以避免熱電偶與任何物體接觸。能防止漏電或高溫干擾。

　　四、結(jié)語

　　根據(jù)本文的分析，溫度測量的準(zhǔn)確性會受到許多外部因素的影響。因此，如果在實(shí)際測量中不考慮其他因素，不檢查安裝過程中是否有干擾、安裝不當(dāng)、儀器精度不足等，隨機(jī)選擇熱電偶分度號會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，偶爾會有標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶只有綜合考慮，在實(shí)際使用中根據(jù)當(dāng)時(shí)的使用條件進(jìn)行有效分析，選擇合適的熱電偶，才能得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。同樣的 隨著越來越多的工作經(jīng)驗(yàn)，測量值的準(zhǔn)確性和可靠性應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)和研究業(yè)務(wù)。

　　簡而言之，必須總結(jié)和分析測量過程中發(fā)生的每一個(gè)問題，并調(diào)查問題的根源，詢問原因，以有效避免下一個(gè)熱電偶的溫度偏差和跳躍問題。在實(shí)際使用過程中，總結(jié)發(fā)現(xiàn)熱電偶用鋁箔包裹在被測物體上，用手捏平，然后加入一層保溫棉，最后用兩帶收緊熱電偶溫度點(diǎn)，可以有效減少或消除熱電偶溫度偏差和跳躍問題。