熱電偶測量誤差及其注意事項

在現(xiàn)有的測溫系統(tǒng)中，zui常用的溫度傳感器—熱電偶，因其結(jié)構(gòu)簡單，往往被誤認(rèn)為“熱電偶兩根線，接上就完事”，其實并非如此。 熱電偶的結(jié)構(gòu)雖然簡單，但在使用中仍然會出現(xiàn)各種問題。例如：安裝或使用方法不當(dāng)，將會引起較大的測量誤差，甚至檢定合格的熱電偶也會因操作不當(dāng)，在使用時不合格，在滲碳等還原性氣氛中，如果不注意，K型熱電偶也會因選擇性氧化而超差。
為了提高測量精度，減少測量誤差，延長熱電偶使用壽命，要求使用者不僅應(yīng)具備儀表方面的操作技能，而且還應(yīng)具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識。作者根據(jù)多年實踐，并參閱有關(guān)資料較詳細(xì)地介紹熱電偶的測量誤差及其注意事項。

 鎧裝熱電偶的分流誤差
 
（1）分流誤差
瓦軸集團滲碳爐用鎧裝熱電偶，僅使用一周就不準(zhǔn)了。為探討原因，作者曾到現(xiàn)場考察，但未發(fā)現(xiàn)異常，只好從爐子上取下來經(jīng)計量室檢定結(jié)果合格。那么問題何在呢？zui后，根據(jù)該支熱電偶的現(xiàn)場安裝特點，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述問題是鎧裝熱電偶的分流誤差造成的。
所謂分流誤差即用鎧裝熱電偶測量爐溫時，當(dāng)熱電偶中間部位有超過800°C的溫度分布存在時,因其絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。依據(jù)均質(zhì)回路定則，用熱電偶測溫只與測量端與參考端兩端溫度有關(guān)，與中間溫度分布無關(guān)。可是由于鎧裝熱電偶的絕緣物是粉末狀MgO，溫度每升高100°C，其絕緣電阻下降一個數(shù)量級，當(dāng)中間部位溫度較高時，必定有漏電流產(chǎn)生，致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。
（2）分流誤差產(chǎn)生的條件
將鎧裝熱電偶水平插入爐內(nèi)，其規(guī)格及實驗條件為：直徑ф4.8mm,長度為25m,中間部位加熱帶的長度為20m，溫度為1000℃。本次實驗中，熱電偶的測量端與中間部位的溫差為200℃。如果測量端溫度高于中間部位，則產(chǎn)生負(fù)誤差；相反，則產(chǎn)生正誤差。如果兩者的溫差為200℃，那么，分流誤差約為100℃。這是不能忽視的，分流誤差的產(chǎn)生條件與鎧裝熱電偶種類和直徑等因素有關(guān)[2]
 
分流誤差的影響因素及對策
 
高溫下鎧裝熱電偶產(chǎn)生分流誤差的現(xiàn)象，正在引起人們的重視，因此有必要了解分流誤差的影響因素，并采取適當(dāng)對策以減少或消除分流誤差的影響。
（1）鎧裝熱電偶直徑
對于長度為9米的K型鎧裝熱電偶（MgO絕緣），只將熱電偶中間部位加熱。實驗結(jié)果表明：分流誤差的大小與其直徑的平方根成反比（直徑過細(xì)，不遵守此規(guī)律），即直徑越細(xì)，分流誤差越大。
當(dāng)中間部位溫度高于800℃時，對于ф3.2mm鎧裝熱電偶將產(chǎn)生分流誤差。但對于ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱電偶，當(dāng)中間部位的溫度為900℃時，仍未發(fā)現(xiàn)分流誤差。對于ф6.4mm（熱電極絲直徑為ф1.4mm）與ф8mm（熱電極絲直徑為ф2.0mm）的鎧裝熱電偶，當(dāng)中間部位溫度為1100℃時，直徑為ф8mm的鎧裝熱電偶產(chǎn)生的分流誤差僅為ф6.4mm的一半。此數(shù)值（50%）近視于兩種鎧裝熱電偶電極絲直徑的平方比（1.42/2.02 ） ,而電極絲直徑平方比,即為電極絲的電阻比。因此，為了減少分流誤差，應(yīng)盡可能選用粗直徑的鎧裝熱電偶。

（2） 絕緣電阻
高溫下氧化物的電阻率將隨溫度的升高呈指數(shù)降低,分流誤差的大小主要取決于高溫部分的絕緣性能,絕緣電阻越低,越容易產(chǎn)生分流誤差。當(dāng)絕緣電阻增加10倍或減少至1/10時，其分流誤差也隨之減少至1/10或增大10倍。為了減少分流誤差，應(yīng)盡可能采用直徑粗的鎧裝熱電偶，增加絕緣層厚度。如果上述措施無效時，只好采用裝配式熱電偶。
 
（3）中間部位的溫度
如果中間部位的溫度超過800℃，有可能產(chǎn)生分流誤差，其大小將隨溫度的升高，呈指數(shù)關(guān)系增大。因此，除測量端外，其它部位應(yīng)盡可能避免超過800℃。當(dāng)中間部位加熱帶溫度高于800℃時，其加熱帶的長度越長，距離測量端越遠(yuǎn)，分流誤差越大。因此，應(yīng)盡可能縮短加熱帶長度 ，并且，不要在遠(yuǎn)離測量端處加熱，以減少分流誤差。

（4）熱電偶絲的電阻
當(dāng)鎧裝熱電偶的直徑相同時，分流誤差將隨熱電偶絲的電阻增大而增加。因此， 采用電阻小的熱電偶絲更好。例如：直徑相同的S型鎧裝熱電偶同K型熱電偶相比，其分流誤差減少40%。因此，可采用S型熱電偶測量爐內(nèi)溫場分布，費用雖高，但較準(zhǔn)確。