熱電偶溫度偏差及跳變問題的處理

摘要:熱電偶是溫度測量中常用的溫度測量元件,。它直接影響測量環(huán)境的溫度,。它可以將溫度控制信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號,，然后通過溫度測量儀器轉(zhuǎn)換成被測物體的溫度。與其他溫度測量元件相比，熱電偶具有較高的測量精度，較寬的測量范圍,，快速的響應(yīng)速度，對溫度變化的靈活響應(yīng)以及高達毫秒的響應(yīng)時間。但是,，在溫度測量過程中,，它仍然會受到許多因素的影響，例如:測量環(huán)境溫度場,，電磁干擾,，安裝位置和深度，絕緣材料和保護管材料的選擇等,，都可能影響最終測量效果,。本文對熱電偶在實際工作溫度測量過程中的溫度偏差和跳變問題進行了簡單分析，并提出了相應(yīng)的解決方案,，為熱電偶在實際工作測量中的應(yīng)用提供參考,。
一、熱電偶測溫原理
　　熱電偶根據(jù)熱電效應(yīng)來測量溫度,。它是由具有不同成分的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的兩端形成一個回路。當(dāng)兩端都存在溫度梯度時,，回路中將有電流順暢流動,。此時，在兩端之間存在電動勢-熱電動勢,。在實際溫度測量過程中,，一端斷開，另一端焊接在一起,。
二,、熱電偶測溫偏差及跳變產(chǎn)生的原因
　　熱電偶測量過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)定時引入的偏差
由于熱電偶已在實驗室中進行了校準(zhǔn)和校準(zhǔn),，因此放置在實驗室中的平衡時間不足以避免因值變動，校準(zhǔn)人員的技術(shù)水平以及驗證系統(tǒng)維護不足而引起的偏差,。這是原因,。
(二)測量點的選取
　　熱電偶的位置和深度，即測量點的選擇非常重要,。溫度測量點的位置應(yīng)盡可能靠近要測量的溫度點,。溫度測量點應(yīng)避免強烈的電磁場干擾源，或者加熱設(shè)備不要太靠近,。如果無法避免,，則必須采取相應(yīng)的措施。
(三)測量過程中是否受到滋擾
　　測量過程中遇到的煩人問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嚴(yán)重影響熱電偶測量。扭曲所測得的熱電勢以制造顯示設(shè)備，即使絕緣無法正常工作,，扭曲也會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,，這會繞開熱電流并導(dǎo)致測量偏差,。保護管和端子的污染會導(dǎo)致絕緣不良和接觸不良，從而影響熱電偶的響應(yīng)時間,，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，大功率電動機,，變頻器等的影響,。我在一次分體式空調(diào)測試時，第一次沒有測量壓縮機溫度,，所有溫度點都正常,。在第二次測量壓縮機溫度時，沒有打開壓縮機臺架,，溫度點正常,，當(dāng)打開壓縮機臺架后，很多溫度點產(chǎn)生了很大的波動,，特別是壓縮機段測溫點,，當(dāng)時檢查了所有熱電偶和設(shè)備，都是正常的,，后來在壓縮機臺架變頻器內(nèi)增加了濾波器,，果然溫度都正常了。所以測量時一定要考慮環(huán)境中是否有干擾,。
(四)熱惰性引入的偏差
　　這種環(huán)境相對復(fù)雜,，并且與場景中的許多因素有關(guān)。因此,，選擇產(chǎn)品時必須仔細(xì)考慮所有因素,。因此，請使用熱電偶線較細(xì)且保護管直徑較小的熱電偶,。如果情況允許,，可以卸下保護管。由于測量的延遲,，由熱電偶測量的溫度波動將小于實際溫度波動,。滯后測量值越大，熱電偶波動的幅度越小,，實際溫差越大,。當(dāng)使用熱響應(yīng)時間長的熱電偶測量或控制溫度時,，設(shè)備的溫度幾乎不受波動的影響，但實際的環(huán)境溫度波動可能會很大,。為了測量溫度,，該當(dāng)選擇熱響應(yīng)時間小的熱電偶。使用中,，通常應(yīng)采取導(dǎo)熱性能好,、管壁薄、內(nèi)徑小的保護層,。如果需要快速,，溫度測量，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,，必須實時校準(zhǔn)或更換。了解現(xiàn)場的所有關(guān)鍵點,，了解測量要求并選擇合適的設(shè)備是現(xiàn)場操作員的責(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)特性會發(fā)生變形，熱電偶也會發(fā)生變形,。評估研究結(jié)果可能會產(chǎn)生影響。因此,，測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,，會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,，并且測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還相對不正確。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)補償不當(dāng)引入的偏差
　　從熱電偶溫度測量原理可以看出，僅當(dāng)熱電偶冷端的溫度穩(wěn)定時,，熱電勢才能與測得的溫度對應(yīng)1∶1,。在實際使用中,，熱電偶放置在現(xiàn)場設(shè)備上，其冷端暴露在空氣中,，并受到環(huán)境溫度場的影響,。同時，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，會引起測量偏差,。
(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償導(dǎo)線和熱電偶線,，以及保護熱電偶免受污染。雖然接線盒的工藝越來越先進,，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,，也會在測量過程中出現(xiàn)溫度跳變問題,。
(八)響應(yīng)時間的影響
　　熱電偶電極和保護管越厚，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)熱率的時間,。不同的是,，它也會影響響應(yīng)時間。因此,，正常的驗證過程需要根據(jù)熱電偶的類型選擇適當(dāng)?shù)募訜崴俾屎蜔崞胶鈺r間,。
三、對熱電偶溫度偏差及跳變問題的解決方案
(一)熱電偶檢準(zhǔn),、標(biāo)定
　　為了避免在檢查過程中引入偏差,，應(yīng)嚴(yán)格遵守檢查過程中的檢查規(guī)則。檢查員必須通過評估合格,，并具有項目相關(guān)計量部門頒發(fā)的證書,。為了確保價值傳輸?shù)恼_性，必須將使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備發(fā)送給合法的計量檢查員或經(jīng)認(rèn)可的計量機構(gòu),，以便及時進行驗證,。計量驗證系統(tǒng)按計劃進行維護。由于頻繁使用,，每個通道開關(guān)的觸點很容易弄臟,，導(dǎo)致長期使用后接觸不良并影響測量數(shù)據(jù)。因此,，使用一段時間后,，可以用無水酒精清潔每個通道開關(guān)的觸點,。
(二)測溫點的正確選擇
　　熱電偶安置時應(yīng)盡量接近要測的溫度點。測量流體溫度時,，熱電偶測量端應(yīng)盡量處于液體中間,，并使其與被測流體方向相對。為避免產(chǎn)生熱量沿?zé)犭娕嫁D(zhuǎn)走或防止環(huán)境保護管影響被測溫度,，熱電偶應(yīng)浸入所測流體技術(shù)當(dāng)中,，深度發(fā)展最少為直徑的10倍。在測量固體溫度時,，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)保證周圍的溫度場穩(wěn)定,。熱電偶應(yīng)盡量安裝在沒有震動或震動很小的地方,，盡量不要安裝在拐彎處。
(三)選擇合適的保護管材料和絕緣材料
　　溫度測量除了需要快速測量外,，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管。保護管材料的選擇對熱電偶的穩(wěn)定性有很大影響,，因此有必要根據(jù)實際使用條件選擇合適的保護管,。絕緣層材料的選擇也是一個更重要的因素，因為它也是引起溫度跳變的關(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)生的測量偏差,，這時候就必須采取冷端補償措施，補償方法有:熱電勢修正法,、補償導(dǎo)線法、參考端溫度補償法,、冷端溫度補償器,。熱電偶與冷端溫度補償器連接時注意極性千萬不能接錯;補償器必需定期檢查和檢定。
在實際使用補償導(dǎo)線時,，要特別注意以下幾個方面:
(1)補償導(dǎo)線選擇相對應(yīng)型號的熱電偶,，不能混用。若是用普通導(dǎo)線來取代補償導(dǎo)線,，就起不到補償作用,，反而會下降測溫的正確性。
(2)補償導(dǎo)線在與熱電偶,、測量儀表連接時,，必然要注意補償導(dǎo)線的正負(fù)極與熱電偶的正負(fù)極相連接,，不然測溫偏差反而增大。
(3)使用的補償導(dǎo)線,，在溫區(qū)內(nèi),，其熱電勢與原熱電偶要一致，確保測量的正確性,。
(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套，將護套緊密包在絕緣層上,?？蓪犭娕季€絞起來，在測試設(shè)備電源上加裝濾波器或熱電偶線上加裝濾波磁環(huán),，實現(xiàn)更佳的抗干擾效果,。
(2)將熱電偶的測量端或者參考端接地，被測物體也需要共同接地,，選擇接地線需要選擇耐高溫且對熱電偶無害的金屬線,。
(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
　　通過文中分析可知,，溫度進行測量時正確性會受諸多外界因素的影響，因此如果實際測量時不考慮其他因素,，安裝時不檢查是否有干擾,、安裝不當(dāng)、儀表精度不夠等,，隨便選擇熱電偶分度號都將會影響測量結(jié)果的正確性,。目前標(biāo)準(zhǔn)熱電偶有8種，只有全面考慮,，在實際使用時根據(jù)當(dāng)時使用條件進行有效分析選擇適當(dāng)?shù)臒犭娕?，才可以得到正確測量結(jié)果。同時,，應(yīng)該繼續(xù)加強和研究業(yè)務(wù),，隨著越來越豐富的工作經(jīng)驗，可以確保測量值的正確性和可靠性,。簡而言之,，必須總結(jié)和分析在測量過程中發(fā)生的每個問題，并應(yīng)調(diào)查問題的根源以詢問原因,，以有效避免下一個熱電偶溫度偏差和跳變問題,。我在實際使用過程中總結(jié)經(jīng)驗,，發(fā)現(xiàn)先使用鋁箔將熱電偶包裹在被測物體上，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溫點前后扎緊，能夠有效地減少或消除熱電偶溫度偏差及跳變問題的產(chǎn)生,。