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热电偶测温误差分析及解决方法

2014-06-12 20:52:01      点击:
开关柜无线测温讯:

热电偶作感温元件,在温度测量领域是不可缺少的,使用比较广泛的测温元件。热电偶具有测量温度范围广,可以在-270℃到2800℃度的广泛温域内 进行测量,它具有性能稳定,准确可靠,另外还有结构简单,热惯性小,动态响应快等优点。因此在工业生产中广泛用热电偶来测量温度。热电偶在虽然有以上优 点,在使用中会受到各种因素影响产生测量误差。误差的来源及消除由以下几方面经行分析。




  一、热电偶误差分析


  热电偶的基本误差:误差是热电偶本身固有的,还包括上一极标准的传递误差。解决方法:可采用检定校验的方法使其控制在允许偏差范围内,也可在实际测温中将热电偶偏差进行修正,得到的真实的温度。


  热电偶材料不均匀性引起的误差:此误差和材料不均匀程度有关温度变化越大,使热电极各点温度的差值越大,则材料不均匀性的影响也就越大。解决方法:可用退火的方法把它减弱,但无法完全消除。


  测量仪表的误差:该误差的大小是由仪表的精度等级决定的。


  解决方法:应定期检定效准,保证仪表的精确度等级。


  动态误差:温度变化后,测温仪表来不及立即指出变化了的温度,因而引起读数误差。热电偶时间常数的大小是决定动态误差大小的主要因素。


  解决方法:对于快送变化的温度,由于测温元件的热憜性,动态误差可能很大,必须采用小惯热电偶或选取采样数率较高的仪表解决。采用导热性能好的材料做保护管,管壁要薄,内径要小。减小保护管与热电偶测量端之间的空气间隙。增加测量端介质的流速,加快对流传热。


  绝缘不良引起的误差:热电偶使用时两热电极间以及它们和大地之间应有良好的绝缘,不然将会有热电势损耗,直接影响测量结果的准确性,严重时会影响仪表的正常运行。


  解决方法:把热电偶的引线接在铁管内,并将铁管接地。把热电偶悬空,热电偶不与炉壁的耐火砖接触。把参考端接地,在热电偶(或补偿导线)输出端的一 端,通过一个容量足够大的电容接地。用屏蔽的方法,可使泄漏的电流经过金属屏蔽物直接接地,不在流入测量回路,从而消除干扰误差。


  热交换引起的误差。热电偶测温时,存在着复杂的热交换过程。由于温度的多次传递,测量端的温度并不与被测介质温度完全一致,因此产生测量误差。克服方法有两种:一是确定传递误差的大小,进行修正。二是采取措施,使传热误差减小到允许范围内。


  辐射误差解决方法:在管壁外面敷设绝热层,减小管壁与被测介质的温差。减小保护管的外径以及保护管、热电极的黑度(辐射)系数。在热电偶管壁间加装防辐射罩,以减小之间的直接辐射。增加被测介质流经热电偶测量端的流速,增加对流传热。


  安装不正确引入的误差:热电偶的安装是否正确合理,对测量结果有着重要影响。


  解决方法:热电偶处于能够真正代表被测介质温度的地方。热电偶应有足够的插入深度,一般不少于热电偶保护管外径的8~10倍。防止热损失。保护管露外 部应尽可能短,并加保温层。若被测介质具有负压,热电偶安装必须严格密封,以免外界冷空气进入影响测量的准确性。安装地点,应尽量避开其热源、强磁场、电 场的干扰。


  现场使用引入的测量误差。参考端温度过高引入的测量误差;参考端温度过高的测量误差分析; 因为补偿导线在(0~100)℃范围内,补偿导线热电特性与热电偶的热电特性相同。超过此温度范围,补偿导线与热电偶热电特性相差很大,从而造成测量误差。


  解决方法:热电偶保护管与炉壁之间的空隙应使用绝热物堵塞,避免炉温的热辐射,使参考端保持在100℃以内。


  补偿导线与热电偶接反引入的测量误差;热电偶与补偿导线极性接反测量误差分析; 补偿导线有正负之分,接反起不到补偿作用,而且还会造成更大的误差。根据中间温度定律,如图如果接法正确仪表接收到的热电势E总为:


  C


  T


  A


  B


  T0


  T0


  图 热电偶实际测量回路


  E总=E(T,TA)+E(TA, T0)            ﹙1﹚


  如果补偿导线与热电偶正负极接反,TA,和T0之间相当于接入一个反向热电势,则仪表接收到的热电势E′总为:


  E′总= E(T,TA)- E(TA, T0)            ﹙2﹚


  上述两种接法之差 △E总为:


  △ E总= E总- E′总= E(T,TA)+E(TA, T0) - E(T,TA)- E(TA, T0)


  =2E(TA, T0)


  补偿导线接反所造成的误差约为使用补偿导线的两倍的误差。


  解决方法:将补偿导线正确连接。


  补偿导线与热电偶型号不匹配引入的测量误差;补偿导线与热电偶型号不匹配引入的测量误差分析; 补偿导线在参考端温度﹙0~100﹚℃范围內与所配热电偶的热电特性相同。﹙此间温度所产生热电势各不相同﹚如图


  如果补偿导线不匹配仪表总的热电势E′总为:


  E′总= E1(T,TA)+E2(TA, T0)


  假设把K型偶错接为N型补偿导线E1,E2分别为偶和补偿导线。


  E1(T,TA)=E′总-E2(TA, T0)


  可得出补偿导线与热电偶型号不符将带来较大的测量误差。


  解决方法:使用与热电偶热电特性相同补偿导线连接。


  不使用补偿导线引入的测量误差; 不使用补偿导线引入的温度测量误差分析:根据均质导体和中间温度定律。(同性质导体相接不能产生热电势)该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的《环 球市场信息导报》杂志http://www.ems86.com总第459期2012年第22期-----转载须注名来源如图


  公式为:E(T, T0)=E(T , TA)+E(TA, T0)


  因不用补偿导线热电偶热电势E(T, TA)=E(TA , TO)。


  E′总=  E(T, T0) ; E (T, T0)=E(TA , TO)


  解决方法:用同型号的补偿导线与热电偶相连。


  二、总结


  通过对热电偶误差的分析,了解掌握误差产生的原因,误差发生后能够及时解除,保证热电偶温度测量的准确可靠。