論補償導線對熱電偶檢測結(jié)果的影響

摘要:主要論述了長型熱電偶(大于750mm)和短型熱電偶(小于或等于750mm)在周期檢定過程中的不同之處,。如果兩者都用常規(guī)的接線方法進行檢定,結(jié)果會發(fā)現(xiàn)短型熱電偶比長型熱電偶的修正值偏大,，從而導致短型熱電偶合格率降低。為了在計量測試中保證檢測質(zhì)量,提高檢定精度，采用244-03型智能熱工儀表裝置對短型和長型熱電偶進行了反復測試,、對比試驗,發(fā)現(xiàn)短型熱電偶在檢測和工業(yè)計量測試中必須加接相應的補償導線,這樣才能保證檢測和測試數(shù)據(jù)真實可靠,。補償導線用于短型熱電偶的檢定和測試工作已經(jīng)在中原油田很多單位得到了應用。
1問題的提出
　　1997年初單位配備了一套智能熱工儀表檢定裝置,對二等鉑銠10鉑熱電偶"標準裝置進行了重新建標,。該裝置具有采集與處理自動完成控溫精度高,、檢定效率高等優(yōu)點。但是在對一大批廉金屬熱電偶進行周期檢定時,按常規(guī)的接線方法檢定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一型號的熱電偶短型熱電偶比長型熱電偶合格率低,。針對這一問題,對熱電偶的接線方法進行了分析并加以改進,。
2理論分析
　　自從塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應以來,熱電偶已經(jīng)成為目前溫度測量領(lǐng)域中應用最廣泛的感溫元件之一,它具有測溫范圍廣、性能穩(wěn)定,、準確可靠,、結(jié)構(gòu)簡單熱慣性小動態(tài)響應速度快、信號能夠遠傳和多點測量等優(yōu)點,。其工作原理如下:由兩種不同金屬或合金組成如圖1所示的閉合回路,是最簡單的熱電偶回路,，這兩種不同金屬或合金的組合就稱為熱電偶。
 
　　實際測溫中的熱電偶回路如圖2所示,。A,、B稱為熱電極。它們的一端通常焊接在一起形成接點1,稱為測量端(I作端或熱端),。而另一端接點2稱為參考端(自由端或冷端),。測溫時,將熱電偶的測量裝置置于被測溫場中,其參考端恒定在某一溫度下(通常0℃),然后通過連接導線與測量儀表相連。由于熱電偶兩端所處的溫度不同,在熱電偶回路中就有電動勢產(chǎn)生,用測量儀表測得電動勢的數(shù)值后,便可以知道相應的溫度或者直接由測量儀表指示出溫度,。
　　二等標準熱電偶證書值及熱電偶分度表[31都是在參考端為0℃時給出的,故檢定時參考端溫度未處于0℃,必須進行參考端溫度修正,。根據(jù)熱電偶溫差測溫工作原理可得修正公式為：
E(t,t0)=E(t,t1)+E(t1,t0)
式中，E一熱電偶的熱電動勢;
t一熱電偶的測量端溫度;
t0一熱電偶的參考端溫度0℃;
t1一檢定熱電偶的參考端所處的溫度,。
　　從該式可以得知,，熱電偶的熱電動勢與熱電偶.測量端和參考端的溫度有關(guān)。熱電偶測量端處于爐中心的同一平面內(nèi),微機采集的溫度t就是電偶本身測量端的溫度,它不受電偶長短的影響,。而參考端溫度1則不一樣,短型熱電偶裝入管式爐后,其參考端距離爐口較近,即使用高鋁棉封口,，爐內(nèi)仍有熱量散出,通過對流方式使參考端溫度升高。另外由于短.型熱電偶長度短,熱量通過偶絲傳導也加劇了參考端的溫升,。在實際檢定過程中,熱電偶參考端溫度一般在40~80℃,修正項E(t1,t0)應為電偶在此溫度下的熱電動勢值,。然而現(xiàn)有的檢定裝置進行參考端溫度修正時,采用SWC數(shù)字式集成溫度傳感器AD590為測溫元件,以參考端周圍空氣溫度(即穩(wěn)定室溫)進行修正,微機處理時仍將室溫下的修正值E(t1,t0)帶入公式進行計算。因為溫度有偏差,導致E'(t1,t0)<E(t1,t0),。即代入公式進行運算的修正值小于實際值,。所以修正后熱電勢值E'(t1,t0)<E(t1,t0)。而長型熱電偶的參考端離檢定爐口較遠,穩(wěn)定室溫與參考端實際溫度相同,這樣修正后熱電動勢值就是真值,即E'(t1,t0)=E(t1,t0),。對于短型熱電偶在檢定過程中,，在其參考端接上相應型號的補償導線,見圖3,。
 
　　這種補償導線由兩根不同材質(zhì)的廉價金屬絲組成,且在較低的一定溫度范圍內(nèi)(0~100℃)和所連接的熱電偶具有相同的熱電性能。用它來做短型熱電偶的延長導線,就意味著將熱電偶進行了廉價的加長處理,，又不影響熱電偶輸出的熱電動勢值,。經(jīng)過上述加接補償導線的短型熱電偶與長型熱電偶檢定后的數(shù)據(jù)一樣真實可靠。
3試驗分析
　　采用一只二等標準熱電偶,在現(xiàn)有的ZRJ-03型智能熱工儀表檢定裝置進行一批熱電偶的周期檢定,被檢K型熱電偶在使用和不使用補償導線的檢測數(shù)據(jù)見表1,、表2,。
 
 
　　從表1、表2可看出:未使用補償導線的情況下,長型熱電偶比短型熱電偶示值結(jié)果誤差小,長型熱電偶比短型熱電偶合格率高,。使用補償導線的情況下,長型熱電偶的示值誤差基本不變,而短型熱電偶的示值誤差有較大變化,致使原來不合格的熱電偶變成合格了,提高了檢定合格率,。從試驗結(jié)果分析，長型熱電偶在檢定過程中不用接補償導線,短型熱電偶必須在檢定時加接補償導線,。另外表1表2的數(shù)據(jù)顯示,對短型熱電偶所采集的熱電動勢值經(jīng)修正處理后全部低于實際值,經(jīng)微機處理的結(jié)果是負誤差,，這與理論分析得出的E'(t,t0)<E(t,t0)完全吻合。在短型熱電偶的檢定過程中,，參考端加接相應的補償導線,在其與熱電偶冷端接點處的溫度不超出0~100℃范圍,完全可以看作將原熱電偶加長,補償導線末端成為新的參考端,距離檢定爐口和工作端均較遠,有效的防止了參考端溫升引起的檢定誤差,。在這種情況下,由現(xiàn)有檢定裝置的參考端溫度測量方式進行補償是可行、有效的,。
4結(jié)論
　　短型熱電偶在檢定過程中和實際使用時應加接一定長度的補償導線,減少測量誤差,獲得準確的溫度參數(shù),進行科學的溫度控制,。檢定過程中使用補償導線要注意以下幾點:
(1)各種補償導線只能與相應型號的熱電偶配.用;
(2)各種補償導線有正負極之分,使用中極性.不能接錯;
(3)待檢熱電偶長度不小于380mm,加接補償導線后總長度不小于750mm;
(4)熱電偶與補償導線接點處的溫度應在0~100℃范圍內(nèi);
(5)使用的補償導線必須是檢定合格,僅限于檢定工作II級允差的熱電偶;
(6)避免室內(nèi)溫度波動對參考端的溫度值采集產(chǎn)生影響。