热电偶检定常见问题分析

摘要：热电偶是最为常见的测温系统工具，它的使用原理和结构非常简单，所以在安装过程中很多细节会被忽略。同时再加上安装和使用方法的不当会引起较大的测量误差，促使在使用过程中出现问题。此外因操作不当还能引起热电偶的选择性氧化而超差，所以为了最大程度的提高测量精度并延长使用寿命就要求，使用者在使用过程中必须提高仪表操作技能，并且能够掌握一定的材料温控测控知识，本文根据多年的实践检测对测量精度和使用效率进行分析。望广大同行给予指导

关键词：热电偶 中间部 超高温

引言：

热电偶的应用需要考虑不同介质和不同环境，同时在使用过程中还要针对不同的设备进行热电偶的设置。所以正确的考虑热电偶的使用方式，不仅可以得到精确的温度数值，还能在适宜的环境下得到数据。热电偶正确的材料选择会节省资金提高产品质量，所以在热电偶的检定中有着十分重要的作用。

一.影响热电偶检定的影响因素

1.测量点的位置

测量点在选择上要注意测量位置的选择，在生产工艺上要针对测量点和控制角度上来进行调整。当热电偶安装在测量场中时，将会在传感器较长的方向产生热流，在很多情况下，环境温度较低时会出现严重的热损失。所以当被测物体温度过高或过低时都会因为与热电偶的温差产生一定的误差，热传导过程中误差与测量点的位置有关。同时插入位置和保护管材的材料关系也很紧密。常用的管材有金属管和陶瓷材料，金属材料的传热性较高，一般设计位置较深，而陶瓷材料选择的位置相对较浅。同时工程测温和插入深度与测量对象有着直接的关系，例如流动的液体和气流的温度这些温度测量程序更加繁琐，具体的数据必须由实际的检测过程来决定。

2.感应时间的影响

测温的基本原理在于对测温元件和被测对象的热平衡，在测温时必须保证一段时间内的平衡，但是这种平衡的保持时间长短，和测温元件的热响应关系很大，但是热响应是由于传感相应时间有着很大的关联，而相应时间和传感器测量需要保持一定的时间长短，同时还要取决于传感器的结构和测量条件。所以在气体介质在进行测温时需要30min才能达到平衡。而液体的检测需要5min以上的时间。在温度不断变化的过程中是一个瞬间的过程，全程不超过1秒，这时的传感器就需要毫秒级的响应。这些条件就容易使温度传感器不能以检测对象为标准进行检测，同时造成温度的停滞，普通的传感器在很多时候都会因为热平衡而产生误差，所以在温度选择上会选择最好的感应器，这样除了热电偶和保护管影响之外，同时在检测时间上热电偶的测量端直径也是主要的因素，感应端越小受到感应时间也就越短。

3.热辐射的影响

当炉内的温度偏高，测温的热电偶就会因为热辐射的加热，一旦炉内气体出现变化时，热电偶和炉壁出现温差，这时能量交换就会出现误差，热阻抗一般随着温度变化。当测量物质为熔体时就会根据炉渣的沉积，所以还要增加热电偶的响应时间，这容易造成指示偏低。所以针对热电偶的检测要以减少误差，及时进行抽检为标准，例如很多热辐射的影响一般不仅包括连续温度感应热电偶，同时还要根据热电偶的消耗类型进行检测，在校准连续时还要对热电偶的准确度进行检测。

二.热电偶检定常见问题

1.热电偶材质本身存在不均质

热电偶在安装的过程中会根据实际的需求，在炉内进行安装，安装位置以30厘米为宜，但是这也大大局限了热电偶的检测范围，可以说真正能够体现出测量端的温度方位只有从测量端开始的30厘米。所以一旦热电偶处于高温地区时，热电偶丝的材质就能影响到检测误差，例如在检测中如果热电偶丝是由均匀物质组成的，那么整个测量回路和检测结果和检测距离并无关系。但是没有一种物质是绝对均匀的。尤其是遇到均匀性差的物资更会在逐步产生热动式，就形成了不均匀所产生的误差，在贵重金属的检测中热电偶的不均匀性还没有详细的检测规定，针对热电偶丝的标准只是出现在首尾检定法来求出不均匀热电动势中，所以目前不均匀的热电偶丝作为材料是不可避免的。

2.热电偶丝所产生的不均质

很多新的热电偶在使用之初是能满足热电动势的要求的，但是随着使用所产生的损耗使热电偶发生一定的形变。例如在工业炉中的热电偶会根据热电偶丝发生一定的温度增强，尤其是劣化部分，所有的温度梯度场所都会因产生电动势而发生叠加，并且出现测量误差。我们在实际的检查过程中经常发现一个热电偶部件发生问题时只是在工作中，一旦进行常规的设备检查它确是合格的，这最主要是由于不均匀偶丝所产生的。也就是说热电偶的不合格率和它的检测长度变化成正比，假设热电偶丝的材质不发生影响，那么电动势所引起的误差和自身不同材料及温度的有着十分紧密的关系。

3. 铠装热电偶的分流误差

1）分流误差

渗碳炉中的热点偶经常会在工作不久后出现一定的计量误差，这是因为热电偶的分流误差所造成的。一般在测量炉温时会使用铠装热电偶。一旦温度超过800℃，热电偶中间部位的绝缘电阻就会下降，这时热电偶值就会出现异常。依据均质回路定则，用热电偶测温只与测量端与参考端两端温度有关，与中间温度分布无关。但因铠装热电偶绝缘物是粉末状氧化镁，温度每升高100℃，绝缘电阻将继续下降，这时在热电偶的中间位置就会有漏电流产生，这使热电偶在分流中产生一定的误差。

2）分流误差产生的条件

将铠装热电偶水平插入炉内，其规格及实验条件为：直径Φ4.8mm，长度为25m，中间部位加热带的长度为20m，温度为1000℃。本次实验中，热电偶的测量端与中间部位温差为200℃。如果测量端温度高于中间部位，则产生负误差；相反，则产生正误差。如果两者的温差为200℃，那么，分流误差约为100℃。这是绝对不能忽视的，分流误差的产生条件与铠装热电偶种类和直径等因素有关。

三.如何解决热电偶中存在的问题

热电偶中产生的问题属于分流误差现象，要想正确解决这一问题，就要在如下几个环节着手。

1.铠装热电偶直径

对于长度为9m的K型铠装热电偶（MgO绝缘），只将热电偶中间部位加热。实验结果表明：分流误差的大小与其直径的平方根成反比（直径过细，不遵守此规律），即直径越细，分流误差越大。所以要想减少分流误差带来的影响需要选择直径较大的铠装热电偶。

2.中间部位的温度

热电偶的中间温度过高也是产生分流误差的原因之一。所以在测量过程中要尽可能的避免高温，要将温度控制在800℃以下。同时要控制好测温距离，一般情况下测量端的距离越远，产生的分流误差就会越大，所以要尽可能的避免在测量端处进行加热。

3.热电偶丝的电阻

当铠装热电偶的直径相同时，分流误差将随热电偶丝的电阻增大而增加。因此，采用电阻小的热电偶丝更好。

结束语

热电偶的应用十分普遍，作为最普遍的温度传感器在结构上虽然简单，但是如果使用中不对细节进行注意就会出现测量误差。本文通过热电偶在使用中的常见问题进行分析，对测温点位置、插入深度、响应时间以及热阻抗等原因。并且指出不均质、绝缘电阻、热电偶等注意事项，对保证测量精度，提高使用寿命有着很大的帮助。

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