保護套管對熱電偶測溫影響

摘要:在熱電偶得到廣泛應用的過程中,為滿足其測試穩(wěn)定性及使用壽命的要求,熱電偶保護套管得到了大量應用，但這也不可避免地對熱電偶的測溫產生一定影響,。本文選取一種典型的熱電偶保護套管,，進行對比試驗,分析其影響規(guī)律,并提出了保護套管的使用要求和規(guī)范。
0引言
       隨著科技的不斷進步,工業(yè)自動化程度越來越高,，溫度的測控已經逐步涉及到工農業(yè)生產,、國防、科研,、醫(yī)療,、環(huán)保、氣象以及宇航等各個領域,。熱電偶因其性能穩(wěn)定,、正確可靠、結構簡單,、使用方便,、測溫范圍廣、信號可遠傳等優(yōu)點,，使得它在工業(yè)生產和科學研究等各領域中成為了應用為廣泛的測溫元件,，同時因測試環(huán)境,、使用壽命等條件的限制與要求,，熱電偶保護套管作為熱電偶測溫過程中的重要附件,也被越來越得到廣泛的采用,但加裝保護套管對熱電偶的測溫究竟會產生怎樣的影響?影響程度是否有一定的規(guī)律?找出其中的影響規(guī)律,將能夠給保護套管在熱電偶測溫過程中提出重要的指導作用。
1熱電偶保護套管簡介
1.1熱電偶保護套管的作用
       熱電偶保護管的用途主要有兩個:(1)防止熱電偶遭受機械損壞;(2)保護熱電偶免受被測介質的腐蝕等有害影響,。熱電偶的穩(wěn)定性,、使用壽命等各項性能指標，都與保護管密切相關,。據有關數據統(tǒng)計,排除那些因使用不當造成的損壞,，在正常的測量范圍內,保護管材料越優(yōu)異,其損壞率便越低。因此,在實際使用過程中選擇優(yōu)質的保護管是延長熱電偶使用壽命的前提,。
       理想的保護套管應具有:耐高溫,、耐腐蝕、氣密性好,、導熱性好,、有足夠的機械強度和一定的耐溫劇變、物理和化學性能穩(wěn)定,、價格低廉等性能,。
1.2熱電偶保護套管的分類
       通常情況下,，熱電偶保護管都為單保護管,某些特殊情況下，也可安裝兩個同心保護管,。離熱電偶近的為主保護管,外圍的那個叫輔助保護管,。主保護管通常采用氧化鋁為材料,輔助保護管采用碳化硅,主保護管跟輔助保護管套構成組合保護管,以此獲得更佳的性能,如抗熱沖擊或者防機械損壞等。熱電偶保護管按材質可以分為金屬保護管,、非.金屬保護管,、金屬陶瓷保護管三類。其中金屬保護管具有機械強度高,、韌性好等優(yōu)勢,但由于金屬材料耐熱性能欠佳,，且溫度過高易發(fā)生氧化，因此基本在1000℃以下使用,。非金屬保護管多為石英管,、瓷管、莫來石管及剛玉管,具有耐熱性且抗腐蝕等優(yōu)勢,但存在強度低,、造價昂貴等缺點,。金屬陶瓷保護管則結合了兩種材料的優(yōu)勢。
2熱電偶保護套管影響測試實驗
       由于現在市場上保護套管的品類及材質眾多,，本次測試僅以在計量測試中較為常用的石英材質套管為例進行了測試,。為了提高實驗精度和穩(wěn)定性，本次測試選用兩支一等鉑銠,。鉑熱電偶溫度計,，其中一支作為標準件,另一支作為測試件,采用雙極比較法進行測試。測試時,，把爐溫升到預定的溫度點,，保持一段時間,使熱電偶的測量端達到熱平衡后開始測量。
被測試熱電偶在各測試點上的熱電動勢E可用下式計算:
E_t被=`E<sub>t被</sub>+(E<sub>t標</sub>`E_t被)(1)
其中:E被測試時被測試熱電偶測得的熱電動勢算術平均值;
E_t標一標準熱電偶證書上給出的熱電動勢值;
E_t標一測試時標準熱電偶測得的熱電動勢算術平均值,。
       為了增加可比性,，所有的測試結果，最終都換算成被測試熱電偶在相應溫度值處的溫差,，其計算公式如下:

       式中:S(t)熱電偶的微分熱電動勢值(μV/℃)為了保證測試實驗的完整性和有效性,同時考慮到各種因素對測量結果產生的影響,，測試實驗選取其常用的500℃~1000℃范圍內，整百數點為測試點,。每個測試點測試3次,其中每次測試間隔采樣4次取平均值,。
3實驗數據分析
       通過測試獲得裝有保護套管和未加裝保護套管熱電偶在對應溫度點處的溫差測量實驗數據如表1(單位:9℃)。將對應溫度點的溫差平均值繪制成曲線如圖1,。
經過分析,，從圖中我們發(fā)現:
(1)加裝保護套管的數據曲線整體在未加裝保護套管的下方，從式(2)我們可以得出主要是因為加裝保護套管后,，測得的熱電動勢相較于未加裝保護套管數值更小的緣故,即加裝保護套管部分影響了熱傳導,，導致測得的熱電動勢減小;

(2)未加裝保護套管的溫差測量曲線相對平滑,，加裝保護套管后溫差測量曲線存在一定的波動，即加裝保護套管后,對溫差測量產生了一定影響,，且對應于溫度點各不相同;
(3)相較測量范圍內的溫差,，在極值點處數值偏差較大，而在中間區(qū)域,，兩者的數值偏差相對較小,，甚至是重合的。即保護套管在極值處的影響更大,。
4保護套管的使用規(guī)范及要求
       在熱電偶保護管選擇中,，應考慮的因素有:被測介質的溫度、流速,、腐蝕性,管子的粗細,、壁厚、長短,、氣密性,、抗熱沖擊、化學適應性,、承受壓力,、應力、響應速度,、性價比,。我們可以根據實際情況，選擇合適的保護管材料,。熱電偶保護管的選取原則是:根據技術指標結合實際情況,，來選擇方案。在實際工作中,，我們可以根據經驗,、廠家說明書或選用指南手冊，快速地選取保護管材料,。在使用這些資料時必須仔細注意各種特定的情況。
       通過實驗室測試,，熱電偶導體及套管的傳熱問題可能引起測量誤差,，為了減小這種影響，除了選用合適的熱電偶保護套管外,，在實際使用中還應注意以下幾點:
(1)插入深度要求
       測量端應有足夠的插入深度,應使保護套管的.測量端超過套管中心線(5~10)mm,。
(2)插入方向要求
       保證測溫元件與流體充分接觸,最好是迎著被測介質流向插入正交90也可,但切勿與被測介質形成順流。
(3)熱電偶的選擇要求
       如果被測對象體積小,，熱容量不大,，應盡可能不用金屬套管,并且采用細直徑的熱電偶絲,。
5結論
       針對保護套管對熱電偶測溫影響,本文選取了一種典型的保護套管(石英材質保護套管)在500℃~1000℃范圍內,進行了實驗測試，并對數據結果對比分析發(fā)現保護套管會一定程度的影響熱電偶測溫,并且在極值點處對熱電偶測溫影響更大,。另外根據實驗測試結果,，總結了熱電偶保護套管選型應考慮的因素和原則，及在實際使用中應注意的要求,，以便使保護套管對熱電偶測溫的影響降到最小,。