熱電偶溫度計(jì)量常見問題的處理措施分析

盧潔

摘 要：熱電偶溫度計(jì)是工業(yè)生產(chǎn)測(cè)量環(huán)境溫度的有效儀器，對(duì)生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)作用明顯。但影響溫度計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確性的因素較多，如電特性不穩(wěn)定、參考端溫度變化等原因，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)問題處理，確保儀器測(cè)溫精確度。

關(guān)鍵詞：熱電偶；溫度計(jì)量；問題；措施

熱電偶作為工業(yè)生產(chǎn)常用測(cè)溫元件，在結(jié)構(gòu)與使用便利性、性價(jià)比等方面的優(yōu)勢(shì)，都是其他溫度傳感器不能比擬的。但熱電偶受外界因素影響較大，從而出現(xiàn)熱電偶溫度計(jì)量誤差。針對(duì)于各種故障的處理，要求技術(shù)人員明確掌握熱電偶工作原理，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)快速發(fā)現(xiàn)與處理潛在的問題，以減少儀器故障率。

一、熱電偶工作原理

熱電偶根據(jù)塞貝克效應(yīng)，將熱導(dǎo)體溫度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并利用儀表的溫度值顯示，以此完成測(cè)溫工作。熱電勢(shì)隨著溫差增大而提高，最終在儀表上顯示強(qiáng)溫差轉(zhuǎn)化后的測(cè)溫值。熱電偶優(yōu)勢(shì)特征明顯，包括靈敏度與準(zhǔn)確度較高等，甚至可以直接接觸待測(cè)物質(zhì)。熱電信號(hào)可遠(yuǎn)程傳輸，是工業(yè)自動(dòng)化的重要體現(xiàn)。但是在頻繁的使用過程中，測(cè)量精度也會(huì)隨之降低，需及時(shí)追溯誤差原因，以減少矯正維護(hù)的難度，確保測(cè)量精度。

二、熱電偶溫度計(jì)量常見問題與處理措施

1.安裝不合理

熱電偶工作時(shí)應(yīng)當(dāng)注意測(cè)溫位置，以減少對(duì)測(cè)溫精度的影響，位置安裝不合理，插入深度不達(dá)標(biāo)，也會(huì)出現(xiàn)不同程度的誤差。

合理選擇測(cè)溫深度與位置尤為關(guān)鍵，為提高測(cè)溫精度，應(yīng)當(dāng)通過數(shù)據(jù)采集，對(duì)測(cè)溫環(huán)境展開分析總結(jié)，確定最佳測(cè)溫點(diǎn)，以切實(shí)發(fā)揮儀器功用。綜合考慮熱電偶本身的保護(hù)材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與密封性等特征，根據(jù)深度檢查數(shù)據(jù)分析，與其他工具測(cè)量分析結(jié)果，確定最佳的插入深度。通常情況下，熱電偶保護(hù)管、爐壁間的空隙應(yīng)保持一定的距離，并在爐口處用絕緣耐火材料封堵，以防止空氣對(duì)測(cè)溫精度的影響。測(cè)量環(huán)境不同，插入深度也存在差異，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)分析，以確定最佳插入深度。熱電偶的插入深度應(yīng)為保護(hù)管直徑的8-10倍。此外，熱電偶的保護(hù)套管與爐壁間的空隔應(yīng)使用石棉繩或耐火泥填塞以免冷熱空氣發(fā)生對(duì)流而影響測(cè)溫的準(zhǔn)確性。

2.熱輻射與導(dǎo)熱

熱輻射越大，對(duì)測(cè)溫端形成的輻射影響越嚴(yán)重，直接增加測(cè)量誤差。熱電偶構(gòu)造不同，也會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)熱誤差[1]。

為修正熱輻射誤差，可利用對(duì)流作用減少輻射熱，或是采取隔離對(duì)策控制熱交換，減少導(dǎo)熱誤差。針對(duì)于參考端溫度變化引起的誤差，利用補(bǔ)償導(dǎo)線延長(zhǎng)參考端至恒定溫度位置，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。

3.測(cè)量系統(tǒng)漏電

熱電偶存在絕緣層老化等結(jié)構(gòu)缺陷，易出現(xiàn)系統(tǒng)漏電情況，受溫度差影響，熱電流出現(xiàn)損失，熱電勢(shì)隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致測(cè)溫值與實(shí)際溫度不符，甚至?xí)霈F(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)失效的現(xiàn)象。因此，針對(duì)溫度測(cè)量系統(tǒng)漏電引起的測(cè)量誤差，要加強(qiáng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的日常檢修與養(yǎng)護(hù)，確保測(cè)量系統(tǒng)絕緣性能的正常發(fā)揮。

4.動(dòng)態(tài)響應(yīng)

熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)，指對(duì)待測(cè)物質(zhì)超出響應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。熱電偶是插入待測(cè)物質(zhì)后， 要求在待測(cè)物溫度、測(cè)量端無溫差的情況下，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)化；對(duì)此，響應(yīng)時(shí)間在某種程度上，也反映了熱電偶儀器的靈敏度。影響儀器靈敏度的因素較多，包括環(huán)境溫度、構(gòu)造等因素。尤其是在靜態(tài)測(cè)量時(shí)儀器的準(zhǔn)確度與靈敏度相對(duì)較高，響應(yīng)時(shí)間在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[2]。

提高熱電偶的靈敏度，減少動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差，通常從調(diào)小滯后時(shí)間、提高熱傳感反應(yīng)速度兩對(duì)策入手。熱電偶熱響應(yīng)滯后性與接觸面、接觸面與體積的大小有直接關(guān)系；對(duì)此，應(yīng)增大與待測(cè)物質(zhì)的接觸面積，以此加快儀器反應(yīng)時(shí)間，減少動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后性[3]。

三、正確使用熱電偶的方法

減少測(cè)溫誤差，正確使用熱電偶，應(yīng)注意以下方法：

一是禁止還原氣體中，使用貴金屬熱電偶進(jìn)行溫度計(jì)量。二是根據(jù)實(shí)際需要，合理選擇冷端補(bǔ)償器，且補(bǔ)償器定期檢查。三是使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)，各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)熱電偶配用，即熱電偶與所配補(bǔ)償導(dǎo)線在規(guī)定溫度內(nèi)熱電特性相同；并且注意補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶及系統(tǒng)儀表連接時(shí)正負(fù)極不能接錯(cuò)。四是杜絕在測(cè)溫過程中將熱電偶打結(jié)或過分近似垂直折疊的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致熱電偶的纖芯發(fā)生折斷。五是不隨意更改確定后的插入深度，與待測(cè)物質(zhì)接觸10cm內(nèi)，并將測(cè)溫元件插入中間位置。六是使用熱電偶環(huán)境盡量穩(wěn)定，防止環(huán)境溫度快速變化對(duì)保護(hù)管的破壞。即為了減少熱電偶的時(shí)效變化，應(yīng)避免處于溫度快速變化的環(huán)境。七是影響熱電偶穩(wěn)定性的因素較多，包括電極玷污腐蝕、形變應(yīng)力、高溫下晶粒長(zhǎng)大、熱電極氧化等。對(duì)此，熱電偶應(yīng)設(shè)有保護(hù)裝置，尤其是作業(yè)中的熱電偶，應(yīng)配有保護(hù)裝置，及時(shí)檢查維護(hù)測(cè)溫元件的保護(hù)裝置，及時(shí)更換腐蝕與開焊后的保護(hù)裝置。八是熱電偶在測(cè)溫過程中，受到使用溫度、氣氛、測(cè)量環(huán)境、保護(hù)管材料玷污等影響，使用一段時(shí)間后，其熱電特性將會(huì)出現(xiàn)變化，尤其是在腐蝕性與高溫氣氛中。這時(shí)需經(jīng)常展開監(jiān)督性校驗(yàn)，或根據(jù)實(shí)際使用情況，安排周期檢定，則可減少不穩(wěn)定性引起的誤差[4]。

四、總結(jié)

本文首先對(duì)熱電偶測(cè)溫元件的原理與常見問題進(jìn)行了闡述，為規(guī)避實(shí)踐中的常見問題，要求技術(shù)人員積極轉(zhuǎn)變職責(zé)理念，掌握熱電偶正確使用方法的同時(shí)，注意使用事項(xiàng)，對(duì)測(cè)溫誤差有著系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)。同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，快速選擇誤差處理措施，減少誤差對(duì)生產(chǎn)效率的影響。除此之外，積極引入先進(jìn)的測(cè)溫元件與技術(shù)，盡可能的提高測(cè)溫元件敏感度，加強(qiáng)對(duì)保護(hù)裝置與補(bǔ)償導(dǎo)線的合理應(yīng)用，以減少響態(tài)時(shí)間，促使熱電偶功能最大程度發(fā)揮。

參考文獻(xiàn)：

[1]倪友軍， 賁禮進(jìn)， 浦振托. 探究熱電偶溫度傳感器應(yīng)用下的高速測(cè)溫系統(tǒng)[J]. 信息系統(tǒng)工程， 2017（1）：87-88.

[2]章鐵軍. 計(jì)量檢測(cè)用管式電阻爐溫度場(chǎng)均勻性的研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)， 2018，15（03）：98-99.

[3]陳永強(qiáng)， 崔馨元， 吳勤， 等. 熱電偶校準(zhǔn)過程中的不同冷端補(bǔ)償方法的比較[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)， 2018， 45（05）：68-69..

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