摘要：熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛的接觸式測溫元件。熟悉其工作原理，掌握和分析測溫誤差的來源會在很大程度上提高溫度測量的準(zhǔn)確性。避免生產(chǎn)中不必要的損失出現(xiàn)。 熱電偶作感溫元件，在溫度測量領(lǐng)域是不可缺少的，使用比較廣泛的測溫元件。熱電偶具有測量溫度范圍廣，可以在-270℃到2800℃度的廣泛溫域內(nèi)進(jìn)行測量，它具有性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠，另外還有結(jié)構(gòu)簡單，熱慣性小，動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。因此在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用熱電偶來測量溫度。熱電偶在雖然有以上優(yōu)點(diǎn)，在使用中會受到各種因素影響產(chǎn)生測量誤差。誤差的來源及消除由以下幾方面經(jīng)行分析。

一、熱電偶誤差分析

熱電偶的基本誤差:誤差是熱電偶本身固有的，還包括上一極標(biāo)準(zhǔn)的傳遞誤差。解決方法：可采用檢定校驗的方法使其控制在允許偏差范圍內(nèi)，也可在實際測溫中將熱電偶偏差進(jìn)行修正，得到的真實的溫度。

熱電偶材料不均勻性引起的誤差：此誤差和材料不均勻程度有關(guān)溫度變化越大，使熱電極各點(diǎn)溫度的差值越大，則材料不均勻性的影響也就越大。解決方法：可用退火的方法把它減弱，但無法完全消除。

測量儀表的誤差：該誤差的大小是由儀表的精度等級決定的。

解決方法：應(yīng)定期檢定效準(zhǔn)，保證儀表的精確度等級。

動態(tài)誤差：溫度變化后，測溫儀表來不及立即指出變化了的溫度，因而引起讀數(shù)誤差。熱電偶時間常數(shù)的大小是決定動態(tài)誤差大小的主要因素。

解決方法：對于快送變化的溫度，由于測溫元件的熱性，動態(tài)誤差可能很大，必須采用小慣熱電偶或選取采樣數(shù)率較高的儀表解決。采用導(dǎo)熱性能好的材料做保護(hù)管，管壁要薄，內(nèi)徑要小。減小保護(hù)管與熱電偶測量端之間的空氣間隙。增加測量端介質(zhì)的流速，加快對流傳熱。

絕緣不良引起的誤差：熱電偶使用時兩熱電極間以及它們和大地之間應(yīng)有良好的絕緣，不然將會有熱電勢損耗，直接影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)重時會影響儀表的正常運(yùn)行。

解決方法：把熱電偶的引線接在鐵管內(nèi)，并將鐵管接地。把熱電偶懸空，熱電偶不與爐壁的耐火磚接觸。把參考端接地，在熱電偶(或補(bǔ)償導(dǎo)線)輸出端的一端，通過一個容量足夠大的電容接地。用屏蔽的方法，可使泄漏的電流經(jīng)過金屬屏蔽物直接接地，不在流入測量回路，從而消除干擾誤差。

熱交換引起的誤差。熱電偶測溫時，存在著復(fù)雜的熱交換過程。由于溫度的多次傳遞，測量端的溫度并不與被測介質(zhì)溫度完全一致，因此產(chǎn)生測量誤差?？朔椒ㄓ袃煞N：一是確定傳遞誤差的大小，進(jìn)行修正。二是采取措施，使傳熱誤差減小到允許范圍內(nèi)。

輻射誤差解決方法：在管壁外面敷設(shè)絕熱層，減小管壁與被測介質(zhì)的溫差。減小保護(hù)管的外徑以及保護(hù)管、熱電極的黑度(輻射)系數(shù)。在熱電偶管壁間加裝防輻射罩，以減小之間的直接輻射。增加被測介質(zhì)流經(jīng)熱電偶測量端的流速，增加對流傳熱。

安裝不正確引入的誤差：熱電偶的安裝是否正確合理，對測量結(jié)果有著重要影響。

解決方法：熱電偶處于能夠真正代表被測介質(zhì)溫度的地方。熱電偶應(yīng)有足夠的插入深度，一般不少于熱電偶保護(hù)管外徑的8～10倍。防止熱損失。保護(hù)管露外部應(yīng)盡可能短，并加保溫層。若被測介質(zhì)具有負(fù)壓，熱電偶安裝必須嚴(yán)格密封，以免外界冷空氣進(jìn)入影響測量的準(zhǔn)確性。安裝地點(diǎn)，應(yīng)盡量避開其熱源、強(qiáng)磁場、電場的干擾。

現(xiàn)場使用引入的測量誤差。參考端溫度過高引入的測量誤差;參考端溫度過高的測量誤差分析; 因為補(bǔ)償導(dǎo)線在(0～100)℃范圍內(nèi)，補(bǔ)償導(dǎo)線熱電特性與熱電偶的熱電特性相同。超過此溫度范圍，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶熱電特性相差很大，從而造成測量誤差。

解決方法：熱電偶保護(hù)管與爐壁之間的空隙應(yīng)使用絕熱物堵塞，避免爐溫的熱輻射，使參考端保持在100℃以內(nèi)。

補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶接反引入的測量誤差;熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線極性接反測量誤差分析; 補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)之分，接反起不到補(bǔ)償作用，而且還會造成更大的誤差。根據(jù)中間溫度定律，如圖如果接法正確儀表接收到的熱電勢E總為：

圖 熱電偶實際測量回路

E總=E(T,TA)+E(TA, T0) v1w

如果補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶正負(fù)極接反，TA,和T0之間相當(dāng)于接入一個反向熱電勢，則儀表接收到的熱電勢E′總為：

E′總= E(T,TA)- E(TA, T0) v2w

上述兩種接法之差 △E總為：

△ E總= E總- E′總= E(T,TA)+E(TA, T0) - E(T,TA)- E(TA, T0)=2E(TA, T0)

補(bǔ)償導(dǎo)線接反所造成的誤差約為使用補(bǔ)償導(dǎo)線的兩倍的誤差。

解決方法：將補(bǔ)償導(dǎo)線正確連接。

補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號不匹配引入的測量誤差;補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號不匹配引入的測量誤差分析; 補(bǔ)償導(dǎo)線在參考端溫度v0～100w℃范圍扔胨配熱電偶的熱電特性相同。v此間溫度所產(chǎn)生熱電勢各不相同w如圖

如果補(bǔ)償導(dǎo)線不匹配儀表總的熱電勢E′總為：

E′總= E1(T,TA)+E2(TA, T0)

假設(shè)把K型偶錯接為N型補(bǔ)償導(dǎo)線E1，E2分別為偶和補(bǔ)償導(dǎo)線。

E1(T,TA)=E′總-E2(TA, T0)

可得出補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶型號不符將帶來較大的測量誤差。

解決方法：使用與熱電偶熱電特性相同補(bǔ)償導(dǎo)線連接。

不使用補(bǔ)償導(dǎo)線引入的測量誤差; 不使用補(bǔ)償導(dǎo)線引入的溫度測量誤差分析：根據(jù)均質(zhì)導(dǎo)體和中間溫度定律。(同性質(zhì)導(dǎo)體相接不能產(chǎn)生熱電勢)如圖

公式為:E(T, T0)=E(T , TA)+E(TA, T0)

因不用補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶熱電勢E(T, TA)=E(TA , TO)。

E′總= E(T, T0) ; E (T, T0)=E(TA , TO)

解決方法：用同型號的補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶相連。

二、總結(jié)

通過對熱電偶誤差的分析，了解掌握誤差產(chǎn)生的原因，誤差發(fā)生后能夠及時解除，保證熱電偶溫度測量的準(zhǔn)確可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]范玉久主編. 化工測量及儀表.化學(xué)工業(yè)出版社，1985.06

[2] 李吉林等.溫度計量.計量出版社2006年10月第二版