在温度计量仪表中, 温度传感器是其核心的部分, 有着十分繁多的品种。以计量方式来进行划分, 一般可以分为两类, 接触以及非接触式;如果按照材料和特性来划分, 一般可以分为本文提到的热电偶以及热电阻这两种。

在实际的工业生产中, 上述几种温度计量仪表中, 热电偶的优点较为突出, 如制造简单, 计量方便等, 都为其在工业温度计量中的广泛应用奠定了良好的基础。在作者多年实践的基础之上, 通过大量阅读相关文献, 对热电偶计量误差进行了详细的总结。

在热电偶温度计中, 由感温元件以及外部的保护装置构成, 在感温元件中, 通过将不同材料的两种导体或者是半导体A以及B焊接, 连接成一个闭合回路。如果二者之间的执着点之间出现了温差, 二者就会出现电动势, 在整个回路中就会出现一个大小电流, 这样就被称为热电效应。通过电气仪表的作用之后, 电流会转变为被测介质的温度, 热电偶温度计的主要工作原理就是这一效应。

对热电偶进行安装, 选择测温点是十分重要的。测温点的位置选择, 对于整个生产过程来说, 需要有特殊的意义, 要有代表性, 如果不能选择这样的位置, 计量以及控制的意义将不复存在。

将热电偶放入到被测场地, 传感器的长度方向就会出现热流。如果环境的温度比较低, 热流会被损失。使得最终热电偶表现出的温度与被测对象的温度不相同, 从而导致测温误差。热传导带来的误差, 和放入的深度相关。插入深度方面, 又受到了保护管材质的影响。金属性能的导热性能比较好, 所以需要将其放入更深;而陶瓷性质的材料有较好的绝热性, 需要将其插入较浅一些。工程测温中的插入深度, 除了上述一些影响因素在之后, 还会受到计量对象的状态等相关因素的影响。当被测物体为流动液体时, 就不需要被上述的影响因素限制, 可以讲插入深度减少一些, 在实验中将具体的数值进行确定。

当测温元件和被测对象之间达到热平衡, 就是接触法测温的基本原理。所以测温时, 需要有一定的事件才能够让二者之间实现热平衡。保持时间市场还是短, 主要由测温元件的热响应时间决定。这一时间的取决条件为传感器的结构和计量条件, 不同的条件导致了很大的差别。如果为气体介质, 且为静止, 保持的时间要达到30分钟才可以。而如果是液体的, 只需要五分钟以上就可以了。在被测场所中, 温度是不断变化的, 瞬间变化过程时间很短, 仅仅为一秒, 所以对于传感器的要求需要达到ms级别。所以, 如果温度传感器比较普通, 那么被测对象的温度变化速度将很难跟上, 会出现滞后现象, 另外热平衡达不到之后也会带来计量误差。因此在对传感器进行选择时, 需要选择相应比较快的。对热电偶的响应时间产生影响的不仅仅是保护管, 另外计量端直径也是一个重要的影响因素。如果偶丝较细, 那么这一数值将越小, 响应时间当然比较短。被测对象的温度, 在温度上升和下降方面以α (k/s或℃/s) 速度进行时, 在一段时间之后, 相应误差的计算公式为Δθ∞=-αT, Δθ∞:一段足够的时间之后, 测温元件会出现误差。从上述公式来看, 时间常数 (T) 和相应误差之间成正比关系。

在炉中进行测温工作的热电偶, 高温物体会产生热辐射, 引起热电偶加热现象。如果炉内的气体假定为透明的, 热电偶和炉壁之间的温差比较大时, 那么能量交换之后也会带来测温方面的误差。

所以想要减少这部分误差, 需要将热传导增加, 让炉壁的温度和热电偶温度接近。此外, 安装过程中需要特别注意, 热电偶的具体安放位置需要与固体发出的热辐射错开, 固体的热辐射不能直达热电偶的表面, 需要时将热电偶外部加入热辐射遮蔽套。

热电偶在高温下工作, 被测介质如果是气体, 那么保护管表面的灰尘会在表面上被烧熔, 保护管的热阻抗将会增加。如果介质是熔体, 那么在操作中会出现炉渣的沉淀, 使得热电偶响应时间被增加, 指示温度方面会变低。所以在定期的检查之外, 为了减少误差, 需要对其进行不定时的抽检。所以在生产的现场, 连续测温热电偶需要被安装, 还需要配备好消耗型热电偶测温装备, 以方便对前者进行准确度的校准。

热电偶有着不均质的材质。厂家在进行偶丝生产时, 通常会因为温度等原因, 导致竹节状出现, 粗细并不均匀, 甚至出现严重的打卷现象。另外在后期的加工中会出现其他问题, 对热电偶进行的反复加工, 会让热电偶出现畸变, 均质性也会失去。在进行测温工作时, 很多偶丝位于高温区, 若偶丝为均质性, 那么根据均质回路定则, 长度和计量的结果没有关联。如果不是均值性, 并且处于有温度变化的场所, 那么局部就会出现寄生热电动势, 最后导致的误差就被认为是不均质误差。

如果出现了电流泄露, 主要是因为绝缘不良。这对于热电偶测温是否准确有着极大的影响, 将热电势歪曲, 仪表显示方面则会失真, 更为严重的是不能开展正常工作。漏电带来的误差表现在多个方面, 如热电极绝缘瓷管没有很好的绝缘电阻, 热电流会旁路, 热电偶端电压下降, 但是影响并不会太大。电测设备如果出现漏电, 也会出现上述现象, 最终出现误差。

从上述的不稳定因素的论述来看, 这些都是热电偶计量温度时, 必须要认识的。通过对热电偶温度计量准确度的影响因素分析, 总结出在热电偶的制作和使用中, 现场插入位置及深度、响应时间、热辐射、热阻抗增加、热电偶丝不均质、计量系统漏电等都是影响最终温度计量准确度的因素, 对于这些影响因素, 在实际温度计量中, 我们只要仔细观察, 善于总结就能够有效避免这些不必要的测量误差, 提升温度计量的准确度。