工业热电偶误差解决方法

　　工业热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表(二次仪表)转换显示成被测介质的温度。工业热电偶在测量中，会出现哪些误差?如何解决呢？
　　一、工业热电偶不稳定性的影响
　　不稳定性就是指工业热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下，它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有：玷污，热电极在高温下挥发，氧化和还原，脆化，辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的，这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定，这样可以减少不稳定性引入的误差。
　　二、工业热电偶热电特性不稳定的影响
　　工业热电偶在生产过程中，偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的，同时，从偶丝的内部结构来看，不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力，可以通过退火的方法来基本消除，退火不合格所造成的误差，可达十分之几度到几度。它与待测温度及工业热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属工业热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用，如果需要对高温用廉金属工业热电偶进行退火，那么退火温度应高于其使用温度上限，插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属工业热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火，以清除热电偶的玷污与应力。
　　三、不均匀性的影响
　　一般来说工业热电偶若是由均质导体制成的，则其热电势只与两端的温度有关，若热电极材料不是均匀的，且热电极又处于温度梯度场中，则工业热电偶会产生一个附加热电势，即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态，材料的不均匀形式和不均匀程度，以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有：在化学成分方面如杂质分布不均匀，成分的偏析，热电极表面局部的金属挥发，氧化或某金属元素选择氧化，测量端在高温一的热扩散，以及工业热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。在工业使用中，有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多，这将严重地影响工业热电偶的稳定性和互换性，其主要解决方式就是对其进行检验，只使用在误差允许范围内的工业热电偶。
　　四、传热及工业热电偶安装的影响
　　由于工业热电偶测温是属于接触式测量，当工业热电偶插入被测介质时，它要从被测介质吸收热量使自身温度升高，同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量，当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡，此时工业热电偶达到了稳定的示值，但并不代表气流的真实温度，因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿，也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态，因此，它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强，测量端的温度偏离气流温度也愈大。
　　五、热辐射误差
　　热辐射误差产生的原因是工业热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的，这是工业热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法，一是加剧对流换热，二是削弱辐射换热。
　　解决方法有：
　　1、尽量减少器壁与测量端的温差，即在管壁铺设绝热层;
　　2、在工业热电偶工作端加屏蔽罩;增大流体放热系数，即增加流速，加强扰动，减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。
　　六、导热误差
　　在测量高温气流的温度时，由于沿工业热电偶长度存在温度梯度，故测量端必然会沿热电极导热，使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多，相应的误差就越大，因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。
　　解决方法有：
　　1、增加L/d：将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装，安装时应注意使工业热电偶的端对着气流方向，并处在流速的位置上;
　　2、选用工业热电偶和支杆导热系数较小的材料。
　　七、动态响应误差
　　工业热电偶插入被测介质后，由于本身具有热惰性，因此不能立即指示出被测气流的温度，只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在工业热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中，工业热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差，这时工业热电偶除了有各种稳定的误差外，还存在由工业热电偶热惰性引入的偏差，即动态响应误差。
　　解决这类误差的方法：
　　1、确定动态响应误差，予以修正;
　　2、将动态响应误差减少到允许要求的范围之内，此时可认为T测=T气。
　　八、短程有序结构变化(K状态)的影响
　　K型工业热电偶在250-600℃范围内使用时，由于其显微结构发生变化，形成短程有序结构，因此将影响热电势值而产生误差，这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化，当WCr在5%-30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差，因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理，其热电特性即可恢复。由于K状态的存在，使K型工业热电偶检定规程中明文规定检定顺序：由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点，不仅传热效果不佳，难以达到热平衡，而且，又恰好处于K状态误差范围。因此，对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象，不仅存在于K型，而且，在E型工业热电偶正极中也有此现象。但是，作为变化量E型工业热电偶仅为K型的2/3。总之，K状态与温度、时间有关，当温度分布或工业热电偶位置变化时，其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。
　　九、测量系统漏电影响
　　绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因，它对工业热电偶的准确度有很大的影响，能歪曲被测的热电势，使仪表显示失真，甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的，例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差，使得热电流旁路。若电测设备漏电，也能使工作电流旁路，使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的，因此它对绝缘电阻的要求并不高，影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温，因为工业热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降，我们通常所说的铠装工业热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装工业热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径;增加绝缘层厚度;缩短加热带长度;降低工业热电偶的电阻值等方法来降低误差的。
　　十、热电势补正法
　　由中间温度定律可知，参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)=EAB(t,t0)-EAB(tn,t0)。所以，用常温下的温度传感器，只要测出参比端的温度tn，然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E(tn,t0)，再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加，得出的结果就是工业热电偶参比端温度为0度时，对应于测量端的温度为t时的热电势E(t,t0)再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度，这个温度就是工业热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天，可以利用软件处理方法，特别是在多点测量系统或高温测控中，采用这种方法，可很好的解决参比端温度的变化问题，只要随时准确的测出tn，就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表，并对非线性误差得到了校正，而且适应各种工业热电偶。