热电偶检定过程及现场使用中的误差分析

热电偶检定过程及现场使用中的误差分析

杜飞燕,刘皎

陕西龙门钢铁有限责任公司   陕西  韩城  715405

摘要：热电偶时工业生产过程中使用最广泛的一种测温传感器，热电偶的结构虽然简单，在使用过程中，由于受到各种因素的影响，检定过程中和使用过程中，经常会出现测量误差的情况，因此温度测量结果的准确性也会显著降低。因此，应对热电偶测温误差的主要原因进行分析，并采取合理可行的方法和技术措施，尽量减小测量结果的误差，提高热电偶测温结果的准确性。

关键词：热电偶；测量误差；原因分析；准确性；

1 热电偶温度计测温原理

1.1 热电偶温度计技术优势

热电偶是温度测量仪表中常用的测温设备，直接测量温度点温度，并能将温度信号转换为热电势信号进行远传或者通过二次仪表转换成被测介质的温度。型号分为B型、S型、K型等，虽然外形各不相同，但是基本组成结构大致一样，通常由热电极、保护管及接线盒等主要部分组成，在生产现场经常与显示仪表、记录仪表等配套使用。具有结构简单、使用方面、互换性好、测温范围广以及测量精度高等优势。

1.2 测温原理

热电偶测温系统如图1所示，该系统主要由三部分组成：1为热电极，属于温度敏感元件，可用来检测温度；3是检测仪表，主要是用来检测热电偶所产生的电势大小；2为连接热电极和检测仪表的导线。

热电偶是由两种不同的金属导体基于塞贝克效应制作而成。如图1，取两种不同材质的金属导体A和B，将它们一端（测量端）焊接在一起，放置在被测温场中，另一端（参考端）接入闭合回路中，当测量端温度高于另两个接点温度，即t>t0时，这个闭合回路中就会产生电势E，该电势的大小与A、B的材质和（t-t0）的差值有关，这种由温度差而产生的电势，我们称为热电势，这种现象我们称为热电现象。

2 热电偶检定过程中的误差分析

2.1分度号不同的热电偶

热电偶按分度号不同分为S型、R型、B型、K型、N型等，分度号不同，测温范围不同，例如，S型热电偶的测量范围是（0～1600）℃，K型热电偶的测量范围是（0～1000）℃；等级不同，其测温准确性也不同，例如，在800℃的恒定温场中，一支Ⅱ级S型热电偶在该点的测最大允许误差为：±2.0℃（±0.25%t），而一支2级K型热电偶的最大允许误差为：±6.0℃（±0.75%t）。检定工作开始前，校检人员要认真核对被检设备铭牌信息，避免因参数录入错误造成检定结果误判的现象。当然，精度越高，测量结果越准确，相应的采购成本也就越大，现场使用中计量管理人员要根据现场工艺计量要求，选择合适的热电偶进行安装。

    2.2 热电偶测量端位置影响

    以工作用贵金属热电偶为例，热电偶检定过程中测量端的位置以及热电偶束的支数，都会对检定结果数据造成很大影响，甚至会将一个合格的热电偶误判为不合格测量设备。因此，在计量检定工作中，检定员一定要做到捆扎支数不能超过5支，所有热电偶在捆扎成束后，其测量端处在一个垂直的平面上，确保标准热电偶与被检热电偶测量端在检定炉中心位置采集温场数据。

    2.3参考端温度影响

    贵金属热电偶检定时，参考端与连接导线应当连接可靠，并插入同一台0℃恒温器当中，插入深度相同，且必须＞120mm。校检工作中，当校验人员未将热电偶参考端插入零度恒温器，而是暴露在空气中，这样采集到的热电动势值就会变小，温度值将比检定炉中心位置的实际温度值要低，最终给被检热电偶的校检结果的判定造成很大影响。经过多年的研究经验，此种情况不仅会造成测量误差增大，严重的还会将一支合格的贵金属热电偶判定为不合格测量设备。

    2.4低电势扫描器

低电势扫描器、数字多用表为《一等铂铑10-铂热电偶标准装置》建标配套设备，承担热电偶mV信号的采集工作，低电势扫描器是多点转换开关，将标准通道与各被检通道进行切换，让数字多用表顺利完成各通道mV信号的采集。低电势扫描器使用时间过长，线路老化等原因也可能造成数据采集过程不稳定，对校检结果误差造成影响。遇到这种情况，校检人员应当及时联系设备厂家进行维护保养、性能测试，必要时邀请法定计量检定机构对低电势扫描器的计量性能进行再确认，确保数据采集过程的稳定可靠。

    2.5标准热电偶的影响

一等铂铑10-铂热电偶为《一等铂铑10-铂热电偶标准装置》建标标准器，属于强检设备，每年必须按期送到法定计量检定机构进行检定，检定合格后才能进行企业内部热电偶的量传工作。但是在一个有效期内，为确保其计量性能的准确可靠，标准负责人还应当制订一套切实可行的质量控制方案，严格做好热电偶计量性能的监测工作，避免不合格的标准器对被检设备造成误判。

3 热电偶在使用中的误差分析

3.1补偿导线的使用

补偿导线是指连接热电偶接线盒与温度指示仪表的一对带有绝缘层的导线。正确地使用补偿导线，可以将热电偶冷端延伸到环境温度较恒定的地方，进而提高热电偶的测温准确性。热电偶与测量装置之间使用补偿导线，可以降低测量线路成本，当热电偶与测量装置距离很远，使用补偿导线可以节省大量的热电偶材料，特别是使用贵金属热电偶时，经济效益更为明显。补偿导线的使用还应注意，其两连接点的温度应相同，且不得超过规定的使用温度（普通型不大于100°C，耐热型不大于200°C），同时保证其与热电偶连接时极性不得接反，否则将产生附加热电动势，对回路中热电动势产生影响，从而增大测温误差。

3.2.热阻抗误差

在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，应定期进行抽检。

4 结语

热电偶测温的精度较高，温度变化反馈灵敏，在工业生产温度测量中应用广泛。但是在实际使用中，热电偶温度测量受到多种因素的影响，造成测量不准的问题。为提升温度测量质量，应深入分析不同原因导致的误差，并对各项误差制定相应的处置技术，最大程度降低误差感染，提升温度测量能力。

参考文献：

[1] 唐阳春.热电偶温度计量的误差原因及处置技术研究[J].装备维修技术,2020,No.176(02):58-58.

[2] 王昕.热电偶温度计量的误差原因与处置技术措施[J].电子技术与软件工程,2019,No.163(17):247-248.