摘要：熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛的接觸式測(cè)溫元件。熟悉其工作原理，掌握和分析測(cè)溫誤差的來(lái)源會(huì)在很大程度上提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。避免生產(chǎn)中不必要的損失出現(xiàn)。 熱電偶作感溫元件，在溫度測(cè)量領(lǐng)域是不可缺少的，使用比較廣泛的測(cè)溫元件。熱電偶具有測(cè)量溫度范圍廣，可以在-270℃到2800℃度的廣泛溫域內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，它具有性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠，另外還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。因此在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用熱電偶來(lái)測(cè)量溫度。熱電偶在雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，在使用中會(huì)受到各種因素影響產(chǎn)生測(cè)量誤差。誤差的來(lái)源及消除由以下幾方面經(jīng)行分析。
一、熱電偶誤差分析
熱電偶的基本誤差:誤差是熱電偶本身固有的，還包括上一極標(biāo)準(zhǔn)的傳遞誤差。解決方法：可采用檢定校驗(yàn)的方法使其控制在允許偏差范圍內(nèi)，也可在實(shí)際測(cè)溫中將熱電偶偏差進(jìn)行修正，得到的真實(shí)的溫度。
熱電偶材料不均勻性引起的誤差：此誤差和材料不均勻程度有關(guān)溫度變化越大，使熱電極各點(diǎn)溫度的差值越大，則材料不均勻性的影響也就越大。解決方法：可用退火的方法把它減弱，但無(wú)法完全消除。
測(cè)量?jī)x表的誤差：該誤差的大小是由儀表的精度等級(jí)決定的。
解決方法：應(yīng)定期檢定效準(zhǔn)，保證儀表的精確度等級(jí)。
動(dòng)態(tài)誤差：溫度變化后，測(cè)溫儀表來(lái)不及立即指出變化了的溫度，因而引起讀數(shù)誤差。熱電偶時(shí)間常數(shù)的大小是決定動(dòng)態(tài)誤差大小的主要因素。
解決方法：對(duì)于快送變化的溫度，由于測(cè)溫元件的熱憜性，動(dòng)態(tài)誤差可能很大，必須采用小慣熱電偶或選取采樣數(shù)率較高的儀表解決。采用導(dǎo)熱性能好的材料做保護(hù)管，管壁要薄，內(nèi)徑要小。減小保護(hù)管與熱電偶測(cè)量端之間的空氣間隙。增加測(cè)量端介質(zhì)的流速，加快對(duì)流傳熱。
絕緣不良引起的誤差：熱電偶使用時(shí)兩熱電極間以及它們和大地之間應(yīng)有良好的絕緣，不然將會(huì)有熱電勢(shì)損耗，直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響儀表的正常運(yùn)行。
解決方法：把熱電偶的引線接在鐵管內(nèi)，并將鐵管接地。把熱電偶懸空，熱電偶不與爐壁的耐火磚接觸。把參考端接地，在熱電偶(或補(bǔ)償導(dǎo)線)輸出端的一端，通過(guò)一個(gè)容量足夠大的電容接地。用屏蔽的方法，可使泄漏的電流經(jīng)過(guò)金屬屏蔽物直接接地，不在流入測(cè)量回路，從而消除干擾誤差。
熱交換引起的誤差。熱電偶測(cè)溫時(shí)，存在著復(fù)雜的熱交換過(guò)程。由于溫度的多次傳遞，測(cè)量端的溫度并不與被測(cè)介質(zhì)溫度完全一致，因此產(chǎn)生測(cè)量誤差。克服方法有兩種：一是確定傳遞誤差的大小，進(jìn)行修正。二是采取措施，使傳熱誤差減小到允許范圍內(nèi)。
輻射誤差解決方法：在管壁外面敷設(shè)絕熱層，減小管壁與被測(cè)介質(zhì)的溫差。減小保護(hù)管的外徑以及保護(hù)管、熱電極的黑度(輻射)系數(shù)。在熱電偶管壁間加裝防輻射罩，以減小之間的直接輻射。增加被測(cè)介質(zhì)流經(jīng)熱電偶測(cè)量端的流速，增加對(duì)流傳熱。
安裝不正確引入的誤差：熱電偶的安裝是否正確合理，對(duì)測(cè)量結(jié)果有著重要影響。
解決方法：熱電偶處于能夠真正代表被測(cè)介質(zhì)溫度的地方。熱電偶應(yīng)有足夠的插入深度，一般不少于熱電偶保護(hù)管外徑的8～10倍。防止熱損失。保護(hù)管露外部應(yīng)盡可能短，并加保溫層。若被測(cè)介質(zhì)具有負(fù)壓，熱電偶安裝必須嚴(yán)格密封，以免外界冷空氣進(jìn)入影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。安裝地點(diǎn)，應(yīng)盡量避開其熱源、強(qiáng)磁場(chǎng)、電場(chǎng)的干擾。
現(xiàn)場(chǎng)使用引入的測(cè)量誤差。參考端溫度過(guò)高引入的測(cè)量誤差;參考端溫度過(guò)高的測(cè)量誤差分析; 因?yàn)檠a(bǔ)償導(dǎo)線在(0～100)℃范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線熱電特性與熱電偶的熱電特性相同。超過(guò)此溫度范圍，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶熱電特性相差很大，從而造成測(cè)量誤差。
解決方法：熱電偶保護(hù)管與爐壁之間的空隙應(yīng)使用絕熱物堵塞，避免爐溫的熱輻射，使參考端保持在100℃以內(nèi)。
補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶接反引入的測(cè)量誤差;熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反測(cè)量誤差分析; 補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)之分，接反起不到補(bǔ)償作用，而且還會(huì)造成更大的誤差。根據(jù)中間溫度定律，如圖如果接法正確儀表接收到的熱電勢(shì)E總為：
E總=E(T,TA)+E(TA, T0) ﹙1﹚
如果補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶正負(fù)極接反，TA,和T0之間相當(dāng)于接入一個(gè)反向熱電勢(shì)，則儀表接收到的熱電勢(shì)E′總為：
E′總= E(T,TA)- E(TA, T0) ﹙2﹚
上述兩種接法之差 △E總為：
△ E總= E總- E′總= E(T,TA)+E(TA, T0) - E(T,TA)- E(TA, T0)=2E(TA, T0)
補(bǔ)償導(dǎo)線接反所造成的誤差約為使用補(bǔ)償導(dǎo)線的兩倍的誤差。
解決方法：將補(bǔ)償導(dǎo)線正確連接。
補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號(hào)不匹配引入的測(cè)量誤差;補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號(hào)不匹配引入的測(cè)量誤差分析; 補(bǔ)償導(dǎo)線在參考端溫度﹙0～100﹚℃范圍內(nèi)與所配熱電偶的熱電特性相同。﹙此間溫度所產(chǎn)生熱電勢(shì)各不相同﹚如圖
如果補(bǔ)償導(dǎo)線不匹配儀表總的熱電勢(shì)E′總為：
E′總= E1(T,TA)+E2(TA, T0)
假設(shè)把K型偶錯(cuò)接為N型補(bǔ)償導(dǎo)線E1，E2分別為偶和補(bǔ)償導(dǎo)線。
E1(T,TA)=E′總-E2(TA, T0)
可得出補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號(hào)不符將帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。
解決方法：使用與熱電偶熱電特性相同補(bǔ)償導(dǎo)線連接。
不使用補(bǔ)償導(dǎo)線引入的測(cè)量誤差; 不使用補(bǔ)償導(dǎo)線引入的溫度測(cè)量誤差分析：根據(jù)均質(zhì)導(dǎo)體和中間溫度定律。(同性質(zhì)導(dǎo)體相接不能產(chǎn)生熱電勢(shì))如圖
公式為:E(T, T0)=E(T , TA)+E(TA, T0)
因不用補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶熱電勢(shì)E(T, TA)=E(TA , TO)。
E′總= E(T, T0) ; E (T, T0)=E(TA , TO)
解決方法：用同型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連。
二、總結(jié)
通過(guò)對(duì)熱電偶誤差的分析，了解掌握誤差產(chǎn)生的原因，誤差發(fā)生后能夠及時(shí)解除，保證熱電偶溫度測(cè)量的準(zhǔn)確可靠。
參考文獻(xiàn)
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