熱電偶溫度偏差及跳變問(wèn)題的處理

摘要:熱電偶是溫度測(cè)量中常用的溫度測(cè)量元件,。它直接影響測(cè)量環(huán)境的溫度,。它可以將溫度控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，然后通過(guò)溫度測(cè)量?jī)x器轉(zhuǎn)換成被測(cè)物體的溫度,。與其他溫度測(cè)量元件相比,，熱電偶具有較高的測(cè)量精度，較寬的測(cè)量范圍,，快速的響應(yīng)速度,，對(duì)溫度變化的靈活響應(yīng)以及高達(dá)毫秒的響應(yīng)時(shí)間。但是,，在溫度測(cè)量過(guò)程中,，它仍然會(huì)受到許多因素的影響，例如:測(cè)量環(huán)境溫度場(chǎng),，電磁干擾,，安裝位置和深度，絕緣材料和保護(hù)管材料的選擇等,，都可能影響最終測(cè)量效果,。本文對(duì)熱電偶在實(shí)際工作溫度測(cè)量過(guò)程中的溫度偏差和跳變問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，并提出了相應(yīng)的解決方案,，為熱電偶在實(shí)際工作測(cè)量中的應(yīng)用提供參考,。
一、熱電偶測(cè)溫原理
　　熱電偶根據(jù)熱電效應(yīng)來(lái)測(cè)量溫度。它是由具有不同成分的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的兩端形成一個(gè)回路,。當(dāng)兩端都存在溫度梯度時(shí),，回路中將有電流順暢流動(dòng)。此時(shí),，在兩端之間存在電動(dòng)勢(shì)-熱電動(dòng)勢(shì),。在實(shí)際溫度測(cè)量過(guò)程中，一端斷開(kāi),，另一端焊接在一起,。
二,、熱電偶測(cè)溫偏差及跳變產(chǎn)生的原因
　　熱電偶測(cè)量過(guò)程可能受許多因素影響,，或者可能是以下因素:
(一)熱電偶檢準(zhǔn)、標(biāo)定時(shí)引入的偏差
由于熱電偶已在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了校準(zhǔn)和校準(zhǔn),，因此放置在實(shí)驗(yàn)室中的平衡時(shí)間不足以避免因值變動(dòng),，校準(zhǔn)人員的技術(shù)水平以及驗(yàn)證系統(tǒng)維護(hù)不足而引起的偏差。這是原因,。
(二)測(cè)量點(diǎn)的選取
　　熱電偶的位置和深度,，即測(cè)量點(diǎn)的選擇非常重要。溫度測(cè)量點(diǎn)的位置應(yīng)盡可能靠近要測(cè)量的溫度點(diǎn),。溫度測(cè)量點(diǎn)應(yīng)避免強(qiáng)烈的電磁場(chǎng)干擾源,，或者加熱設(shè)備不要太靠近。如果無(wú)法避免,，則必須采取相應(yīng)的措施,。
(三)測(cè)量過(guò)程中是否受到滋擾
　　測(cè)量過(guò)程中遇到的煩人問(wèn)題主要是由于熱電偶內(nèi)部和外部的環(huán)境原因。內(nèi)部原因,，不良的熱電偶絕緣會(huì)嚴(yán)重影響熱電偶測(cè)量,。扭曲所測(cè)得的熱電勢(shì)以制造顯示設(shè)備，即使絕緣無(wú)法正常工作,，扭曲也會(huì)因絕緣性能下降而引起各種偏離,。例如，熱電極絕緣的瓷管的絕緣電阻較低,，這會(huì)繞開(kāi)熱電流并導(dǎo)致測(cè)量偏差,。保護(hù)管和端子的污染會(huì)導(dǎo)致絕緣不良和接觸不良，從而影響熱電偶的響應(yīng)時(shí)間,，還可能引起熱電偶干擾和溫度漂移,。外部原因很容易受到變壓器，大功率電動(dòng)機(jī),，變頻器等的影響,。我在一次分體式空調(diào)測(cè)試時(shí)，第一次沒(méi)有測(cè)量壓縮機(jī)溫度,，所有溫度點(diǎn)都正常,。在第二次測(cè)量壓縮機(jī)溫度時(shí),，沒(méi)有打開(kāi)壓縮機(jī)臺(tái)架，溫度點(diǎn)正常,，當(dāng)打開(kāi)壓縮機(jī)臺(tái)架后,，很多溫度點(diǎn)產(chǎn)生了很大的波動(dòng)，特別是壓縮機(jī)段測(cè)溫點(diǎn),，當(dāng)時(shí)檢查了所有熱電偶和設(shè)備,，都是正常的，后來(lái)在壓縮機(jī)臺(tái)架變頻器內(nèi)增加了濾波器,，果然溫度都正常了,。所以測(cè)量時(shí)一定要考慮環(huán)境中是否有干擾。
(四)熱惰性引入的偏差
　　這種環(huán)境相對(duì)復(fù)雜,，并且與場(chǎng)景中的許多因素有關(guān),。因此，選擇產(chǎn)品時(shí)必須仔細(xì)考慮所有因素,。因此,，請(qǐng)使用熱電偶線較細(xì)且保護(hù)管直徑較小的熱電偶。如果情況允許,，可以卸下保護(hù)管,。由于測(cè)量的延遲，由熱電偶測(cè)量的溫度波動(dòng)將小于實(shí)際溫度波動(dòng),。滯后測(cè)量值越大,，熱電偶波動(dòng)的幅度越小，實(shí)際溫差越大,。當(dāng)使用熱響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的熱電偶測(cè)量或控制溫度時(shí),，設(shè)備的溫度幾乎不受波動(dòng)的影響，但實(shí)際的環(huán)境溫度波動(dòng)可能會(huì)很大,。為了測(cè)量溫度,，該當(dāng)選擇熱響應(yīng)時(shí)間小的熱電偶。使用中,，通常應(yīng)采取導(dǎo)熱性能好,、管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)層,。如果需要快速,，溫度測(cè)量，可以使用裸線熱電偶,，但是裸線熱電偶很容易被污染和破壞,，必須實(shí)時(shí)校準(zhǔn)或更換。了解現(xiàn)場(chǎng)的所有關(guān)鍵點(diǎn)，了解測(cè)量要求并選擇合適的設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)操作員的責(zé)任,。
(五)熱電極的玷污和腐蝕
　　熱電偶線細(xì),，軟且容易變形。如果熱電偶的塑性變形(例如不正確的彎曲或扭曲)引起熱電偶絲的變形應(yīng)力,，則熱電偶的熱電技術(shù)特性會(huì)發(fā)生變形,，熱電偶也會(huì)發(fā)生變形。評(píng)估研究結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生影響,。因此,，測(cè)量前必然要把熱電偶絲拉直。當(dāng)熱電偶絲被污染,，乃至被氧化時(shí),，會(huì)使熱電極偶絲表面不光亮、發(fā)黑發(fā)暗,。目前,，用于熱電極的熱電材料的性能還不是很安全和穩(wěn)定,，并且測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還相對(duì)不正確,。因此，有必要清潔被污染的電極并去除這些被污染的物體,。熱電偶絲表面污染的程度越大,，熱電特性改變就越大，由此偏差就越大,。
(六)補(bǔ)償不當(dāng)引入的偏差
　　從熱電偶溫度測(cè)量原理可以看出,，僅當(dāng)熱電偶冷端的溫度穩(wěn)定時(shí)，熱電勢(shì)才能與測(cè)得的溫度對(duì)應(yīng)1∶1,。在實(shí)際使用中,，熱電偶放置在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，其冷端暴露在空氣中,，并受到環(huán)境溫度場(chǎng)的影響,。同時(shí)，如果熱電偶的冷端接近熱端,，則冷端的溫度將很困難,。它很穩(wěn)定，會(huì)引起測(cè)量偏差,。
(七)熱電偶接線盒內(nèi)部受污染
　　接線盒的目的是為了方便連接補(bǔ)償導(dǎo)線和熱電偶線,，以及保護(hù)熱電偶免受污染。雖然接線盒的工藝越來(lái)越先進(jìn),，但是仍然不能保證灰塵,、導(dǎo)電液體等的侵入，導(dǎo)致可靠性不能保證，也會(huì)在測(cè)量過(guò)程中出現(xiàn)溫度跳變問(wèn)題,。
(八)響應(yīng)時(shí)間的影響
　　熱電偶電極和保護(hù)管越厚,，熱電偶壁越厚，熱電偶將越惰性,，這將增加熱電偶穩(wěn)定,，創(chuàng)建不同材料并具有更高導(dǎo)熱率的時(shí)間。不同的是,，它也會(huì)影響響應(yīng)時(shí)間,。因此，正常的驗(yàn)證過(guò)程需要根據(jù)熱電偶的類(lèi)型選擇適當(dāng)?shù)募訜崴俾屎蜔崞胶鈺r(shí)間,。
三,、對(duì)熱電偶溫度偏差及跳變問(wèn)題的解決方案
(一)熱電偶檢準(zhǔn)、標(biāo)定
　　為了避免在檢查過(guò)程中引入偏差,，應(yīng)嚴(yán)格遵守檢查過(guò)程中的檢查規(guī)則,。檢查員必須通過(guò)評(píng)估合格，并具有項(xiàng)目相關(guān)計(jì)量部門(mén)頒發(fā)的證書(shū),。為了確保價(jià)值傳輸?shù)恼_性,，必須將使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)送給合法的計(jì)量檢查員或經(jīng)認(rèn)可的計(jì)量機(jī)構(gòu)，以便及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)證,。計(jì)量驗(yàn)證系統(tǒng)按計(jì)劃進(jìn)行維護(hù),。由于頻繁使用，每個(gè)通道開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)很容易弄臟,，導(dǎo)致長(zhǎng)期使用后接觸不良并影響測(cè)量數(shù)據(jù),。因此，使用一段時(shí)間后,，可以用無(wú)水酒精清潔每個(gè)通道開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn),。
(二)測(cè)溫點(diǎn)的正確選擇
　　熱電偶安置時(shí)應(yīng)盡量接近要測(cè)的溫度點(diǎn)。測(cè)量流體溫度時(shí),，熱電偶測(cè)量端應(yīng)盡量處于液體中間,，并使其與被測(cè)流體方向相對(duì)。為避免產(chǎn)生熱量沿?zé)犭娕嫁D(zhuǎn)走或防止環(huán)境保護(hù)管影響被測(cè)溫度,，熱電偶應(yīng)浸入所測(cè)流體技術(shù)當(dāng)中,，深度發(fā)展最少為直徑的10倍。在測(cè)量固體溫度時(shí),，熱電偶應(yīng)與該物體緊密地接觸,。為了使偏差值減至最小，應(yīng)保證周?chē)臏囟葓?chǎng)穩(wěn)定,。熱電偶應(yīng)盡量安裝在沒(méi)有震動(dòng)或震動(dòng)很小的地方,，盡量不要安裝在拐彎處,。
(三)選擇合適的保護(hù)管材料和絕緣材料
　　溫度測(cè)量除了需要快速測(cè)量外，還需要使用裸露的熱電偶以提高響應(yīng)速度,，在正常使用期間需要增加保護(hù)管,。保護(hù)管材料的選擇對(duì)熱電偶的穩(wěn)定性有很大影響，因此有必要根據(jù)實(shí)際使用條件選擇合適的保護(hù)管,。絕緣層材料的選擇也是一個(gè)更重要的因素,，因?yàn)樗彩且饻囟忍兊年P(guān)鍵因素之一。絕緣材料的選擇需要耐高溫,，耐腐蝕,，薄壁和耐磨性。
(四)補(bǔ)償方法的正確選擇
　　為了減小或消弭因熱電偶冷端溫度變化而發(fā)生的測(cè)量偏差,，這時(shí)候就必須采取冷端補(bǔ)償措施,，補(bǔ)償方法有:熱電勢(shì)修正法、補(bǔ)償導(dǎo)線法,、參考端溫度補(bǔ)償法,、冷端溫度補(bǔ)償器。熱電偶與冷端溫度補(bǔ)償器連接時(shí)注意極性千萬(wàn)不能接錯(cuò);補(bǔ)償器必需定期檢查和檢定,。
在實(shí)際使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí),，要特別注意以下幾個(gè)方面:
(1)補(bǔ)償導(dǎo)線選擇相對(duì)應(yīng)型號(hào)的熱電偶，不能混用,。若是用普通導(dǎo)線來(lái)取代補(bǔ)償導(dǎo)線,，就起不到補(bǔ)償作用，反而會(huì)下降測(cè)溫的正確性,。
(2)補(bǔ)償導(dǎo)線在與熱電偶、測(cè)量?jī)x表連接時(shí),，必然要注意補(bǔ)償導(dǎo)線的正負(fù)極與熱電偶的正負(fù)極相連接,，不然測(cè)溫偏差反而增大。
(3)使用的補(bǔ)償導(dǎo)線,，在溫區(qū)內(nèi),，其熱電勢(shì)與原熱電偶要一致，確保測(cè)量的正確性,。
(五)抗干擾措施
(1)選擇帶絕緣層和屏蔽層的熱電偶,，采用聚氯乙烯或者聚四氟乙烯做護(hù)套，將護(hù)套緊密包在絕緣層上,?？蓪犭娕季€絞起來(lái)，在測(cè)試設(shè)備電源上加裝濾波器或熱電偶線上加裝濾波磁環(huán),，實(shí)現(xiàn)更佳的抗干擾效果,。
(2)將熱電偶的測(cè)量端或者參考端接地,，被測(cè)物體也需要共同接地，選擇接地線需要選擇耐高溫且對(duì)熱電偶無(wú)害的金屬線,。
(3)將熱電偶懸空放置在空氣中,，以免熱電偶與任何物體發(fā)生接觸?？梢院芎玫仡A(yù)防漏電或者高溫干擾,。
四、結(jié)語(yǔ)
　　通過(guò)文中分析可知,，溫度進(jìn)行測(cè)量時(shí)正確性會(huì)受諸多外界因素的影響,，因此如果實(shí)際測(cè)量時(shí)不考慮其他因素，安裝時(shí)不檢查是否有干擾,、安裝不當(dāng),、儀表精度不夠等，隨便選擇熱電偶分度號(hào)都將會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的正確性,。目前標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有8種,，只有全面考慮，在實(shí)際使用時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)使用條件進(jìn)行有效分析選擇適當(dāng)?shù)臒犭娕?，才可以得到正確測(cè)量結(jié)果,。同時(shí)，應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)和研究業(yè)務(wù),，隨著越來(lái)越豐富的工作經(jīng)驗(yàn),，可以確保測(cè)量值的正確性和可靠性。簡(jiǎn)而言之,，必須總結(jié)和分析在測(cè)量過(guò)程中發(fā)生的每個(gè)問(wèn)題,，并應(yīng)調(diào)查問(wèn)題的根源以詢(xún)問(wèn)原因，以有效避免下一個(gè)熱電偶溫度偏差和跳變問(wèn)題,。我在實(shí)際使用過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn),，發(fā)現(xiàn)先使用鋁箔將熱電偶包裹在被測(cè)物體上，用手捏平,，然后外加一層保溫棉,，最后用兩根扎帶將熱電偶測(cè)溫點(diǎn)前后扎緊，能夠有效地減少或消除熱電偶溫度偏差及跳變問(wèn)題的產(chǎn)生,。