热电偶测温范围 热电偶测温误差分析及解决方法

发布时间：2018年04月10日 19:00:54分享人:我可帅阿来源:互联网1


     热电偶作感温元件，在温度测量领域是不可缺少的，使用比较广泛的测温元件。热电偶具有测量温度范围广，可以在-270℃到2800℃度的广泛温域内进行测量，它具有性能稳定，准确可靠，另外还有结构简单，热惯性小，动态响应快等优点。因此在工业生产中广泛用热电偶来测量温度。热电偶在虽然有以上优点，在使用中会受到各种因素影响产生测量误差。误差的来源及消除由以下几方面经行分析。

　　一、热电偶误差分析

　　热电偶的基本误差:误差是热电偶本身固有的，还包括上一极标准的传递误差。解决方法：可采用检定校验的方法使其控制在允许偏差范围内，也可在实际测温中将热电偶偏差进行修正，得到的真实的温度。

　　热电偶材料不均匀性引起的误差：此误差和材料不均匀程度有关温度变化越大，使热电极各点温度的差值越大，则材料不均匀性的影响也就越大。解决方法：可用退火的方法把它减弱，但无法完全消除。

　　测量仪表的误差：该误差的大小是由仪表的精度等级决定的。

　　解决方法：应定期检定效准，保证仪表的精确度等级。

　　动态误差：温度变化后，测温仪表来不及立即指出变化了的温度，因而引起读数误差。热电偶时间常数的大小是决定动态误差大小的主要因素。

　　解决方法：对于快送变化的温度，由于测温元件的热憜性，动态误差可能很大，必须采用小惯热电偶或选取采样数率较高的仪表解决。采用导热性能好的材料做保护管，管壁要薄，内径要小。减小保护管与热电偶测量端之间的空气间隙。增加测量端介质的流速，加快对流传热。

　　绝缘不良引起的误差：热电偶使用时两热电极间以及它们和大地之间应有良好的绝缘，不然将会有热电势损耗，直接影响测量结果的准确性，严重时会影响仪表的正常运行。

　　解决方法：把热电偶的引线接在铁管内，并将铁管接地。把热电偶悬空，热电偶不与炉壁的耐火砖接触。把参考端接地，在热电偶（或补偿导线）输出端的一端，通过一个容量足够大的电容接地。用屏蔽的方法，可使泄漏的电流经过金属屏蔽物直接接地，不在流入测量回路，从而消除干扰误差。

　　热交换引起的误差。热电偶测温时，存在着复杂的热交换过程。由于温度的多次传递，测量端的温度并不与被测介质温度完全一致，因此产生测量误差。克服方法有两种：一是确定传递误差的大小，进行修正。二是采取措施，使传热误差减小到允许范围内。

　　辐射误差解决方法：在管壁外面敷设绝热层，减小管壁与被测介质的温差。减小保护管的外径以及保护管、热电极的黑度(辐射)系数。在热电偶管壁间加装防辐射罩，以减小之间的直接辐射。增加被测介质流经热电偶测量端的流速，增加对流传热。

　　安装不正确引入的误差：热电偶的安装是否正确合理，对测量结果有着重要影响。

　　解决方法：热电偶处于能够真正代表被测介质温度的地方。热电偶应有足够的插入深度，一般不少于热电偶保护管外径的8～10倍。防止热损失。保护管露外部应尽可能短，并加保温层。若被测介质具有负压，热电偶安装必须严格密封，以免外界冷空气进入影响测量的准确性。安装地点，应尽量避开其热源、强磁场、电场的干扰。

　　现场使用引入的测量误差。参考端温度过高引入的测量误差;参考端温度过高的测量误差分析; 因为补偿导线在（0～100）℃范围内，补偿导线热电特性与热电偶的热电特性相同。超过此温度范围，补偿导线与热电偶热电特性相差很大，从而造成测量误差。

　　解决方法：热电偶保护管与炉壁之间的空隙应使用绝热物堵塞，避免炉温的热辐射，使参考端保持在100℃以内。

　　补偿导线与热电偶接反引入的测量误差;热电偶与补偿导线极性接反测量误差分析; 补偿导线有正负之分，接反起不到补偿作用，而且还会造成更大的误差。根据中间温度定律，如图如果接法正确仪表接收到的热电势E总为：

　　E总=E(T,TA)＋E(TA, T0)　　　　　　﹙1﹚

　　如果补偿导线与热电偶正负极接反，TA,和T0之间相当于接入一个反向热电势，则仪表接收到的热电势E′总为：

　　E′总= E(T,TA)- E(TA, T0)　　　　　　﹙2﹚

　　上述两种接法之差 △E总为：

　　E总= E总- E′总= E(T,TA)＋E(TA, T0) - E(T,TA)- E(TA, T0)

　　=2E(TA, T0)

　　补偿导线接反所造成的误差约为使用补偿导线的两倍的误差。

　　解决方法：将补偿导线正确连接。

　　补偿导线与热电偶型号不匹配引入的测量误差;补偿导线与热电偶型号不匹配引入的测量误差分析; 补偿导线在参考端温度﹙0～100﹚℃范围內与所配热电偶的热电特性相同。﹙此间温度所产生热电势各不相同﹚如图

　　如果补偿导线不匹配仪表总的热电势E′总为：

　　E′总= E1(T,TA)+E2(TA, T0)

　　假设把K型偶错接为N型补偿导线E1，E2分别为偶和补偿导线。

　　E1(T,TA)＝E′总－E2(TA, T0)

　　可得出补偿导线与热电偶型号不符将带来较大的测量误差。

　　解决方法：使用与热电偶热电特性相同补偿导线连接。

　　不使用补偿导线引入的测量误差; 不使用补偿导线引入的温度测量误差分析：根据均质导体和中间温度定律。（同性质导体相接不能产生热电势）如图

　　公式为:E(T, T0)=E(T , TA)+E(TA, T0)

　　因不用补偿导线热电偶热电势E(T, TA)=E(TA , TO)。

　　E′总=　E(T, T0) ； E (T, T0)=E(TA , TO)

　　解决方法：用同型号的补偿导线与热电偶相连。

　　二、总结

　　通过对热电偶误差的分析，了解掌握误差产生的原因，误差发生后能够及时解除，保证热电偶温度测量的准确可靠。

　　参考文献

　　[1]范玉久主编. 化工测量及仪表.化学工业出版社，1985.06

　　[2] 李吉林等.温度计量.计量出版社2006年10月第二版

  
热电偶测温误差 

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