熱電偶溫度偏差和跳變的原因及解決方案

　　熱電偶是溫度測量中常用的溫度測量元件，直接影響測量環(huán)境的溫度，可以將溫度控制信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號，然后通過溫度測量儀器轉(zhuǎn)換成被測物體的溫度。

　　與其他溫度測量元件相比，熱電偶具有較高的測量精度，較寬的測量范圍，快速的響應速度，對溫度變化的靈活響應以及高達毫秒的響應時間。但是，在溫度測量過程中，仍然會受到許多因素的影響，例如: 測量環(huán)境溫度場、電磁干擾、安裝位置和深度、絕緣材料和保護管材料的選擇可能會影響最終的測量效果。本文簡要分析了熱電偶在實際工作溫度測量過程中的溫度偏差和跳躍問題，并提出了相應的解決方案，為熱電偶在實際工作測量中的應用提供參考。

　　一、測溫原理

　　熱電偶根據(jù)熱電效應測量溫度，是不同成分的導體或半導體的兩端形成一個電路。當兩端都有溫度梯度時，電路中的電流就會順利流動。此時，兩端之間存在電動勢-熱電勢。在實際溫度測量過程中，一端斷開，另一端焊接在一起。

　　二、原因

　　熱電偶測量過程可能受多種因素的影響，或以下因素：

　?、?由于熱電偶已在實驗室中校準，實驗室中的平衡時間不足以避免因值變化、校準人員的技術(shù)水平和驗證系統(tǒng)維護不足造成的偏差。這就是原因。

　?、?選擇測量點

　　熱電偶的位置和深度，即測量點的選擇非常重要。溫度測量點的位置應盡可能靠近要測量的溫度點。溫度測量點應避免強電磁場干擾源，或加熱設備不應太靠近。如不可避免，必須采取相應措施。

　?、蹨y量過程中是否受到滋擾

　　測量過程中遇到的煩人問題主要是由于熱電偶的內(nèi)外環(huán)境。由于內(nèi)部原因，不良的熱電偶絕緣會嚴重影響熱電偶的準確測量。為了制造顯示設備，即使絕緣不能正常工作，也會因絕緣性能下降而導致各種偏差。例如，熱電極絕緣瓷管的絕緣電阻較低，繞過熱電流，導致測量偏差。保護管和端子的污染會導致絕緣不良和接觸不良，從而影響熱電偶的響應時間，并可能導致熱電偶干擾和溫度漂移。外部原因很容易受到變壓器、大功率電機、變頻器等的影響。

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　　這種環(huán)境相對復雜，與場景中的許多因素有關(guān) 因此，在選擇產(chǎn)品時，必須仔細考慮所有因素。因此，請使用保護管直徑較小的熱電偶。如果允許，請拆下保護管。由于測量延遲，熱電偶測量的溫度波動將小于實際溫度波動。之后測量值越大，熱電偶波動范圍越小，實際溫差越大。當使用熱響應時間較長的熱電偶測量或控制溫度時，設備的溫度幾乎不受波動的影響，但實際環(huán)境溫度波動可能很大。為了準確測量溫度，應選擇熱響應時間較小的熱電偶。在使用過程中，通常應采用導熱性好、管壁薄、內(nèi)徑小的保護層。如果需要快速準確的溫度測量，可以使用裸線熱電偶，但裸線熱電偶容易被污染和損壞，必須實時校準或更換。現(xiàn)場操作人員有責任了解現(xiàn)場的所有關(guān)鍵點，了解測量要求，選擇合適的設備。

　　⑤污染和腐蝕熱電極

　　熱電偶線細，軟，易變形。若熱電偶塑性變形( 例如，彎曲或扭曲不正確) 引起熱電偶絲的變形應力，則熱電偶的熱電技術(shù)特性會發(fā)生變形，熱電偶也會發(fā)生變形。評估研究結(jié)果可能會產(chǎn)生影響。因此，測量前必然要把熱電偶絲拉直。當熱電偶絲被污染，乃至被氧化時，會使熱電極偶絲表面不光亮、發(fā)黑發(fā)暗。目前，用于熱電極的熱電材料的性能還不是很安全和穩(wěn)定，并且測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還相對不準確。因此，有必要清潔被污染的電極并去除這些被污染的物體。熱電偶絲表面污染的程度越大，熱電特性改變就越大，由此偏差就越大。

　?、抟氩划斞a償?shù)钠?/p>

　　從熱電偶溫度測量原理可以看出，只有當熱電偶冷端溫度穩(wěn)定時，熱電勢才能對應測量的溫度 1 ∶ 1。在實際使用中，熱電偶放置在現(xiàn)場設備上，冷端暴露在空氣中，受環(huán)境溫度場的影響。同時，如果熱電偶的冷端接近熱端，冷端的溫度將非常困難。非常穩(wěn)定，會導致測量偏差。

　?、邿犭娕冀泳€盒內(nèi)部受到污染

　　接線盒的目的是方便補償導線和熱電偶線的連接，保護熱電偶免受污染。雖然接線盒的工藝越來越先進，但仍不能保證灰塵和導電液的侵入，導致測量過程中溫度跳變問題無法保證可靠性。

　?、囗憫獣r間的影響

　　熱電偶電極和保護管越厚，熱電偶壁越厚，熱電偶越惰性，這將增加熱電偶的穩(wěn)定性，創(chuàng)造不同的材料，并有更高的導熱性。不同之處在于，也會影響響應時間。因此，正常的驗證過程需要根據(jù)熱電偶的類型選擇適當?shù)募訜崴俾屎蜔崞胶鈺r間。

　　三、解決方案

　?、贌犭娕紮z、標定

　　為避免在檢查過程中引入偏差，應嚴格遵守檢查過程中的檢查規(guī)則。檢查員必須通過評估，并持有項目相關(guān)計量部門頒發(fā)的證書。為保證價值傳輸?shù)臏蚀_性，必須將使用的標準設備發(fā)送給合法的計量檢查員或認可的計量機構(gòu)，以便及時驗證。計量驗證系統(tǒng)按計劃進行維護。由于使用頻繁，各通道開關(guān)的接觸點容易弄臟，導致長期使用后接觸不良，影響測量數(shù)據(jù)。因此，使用一段時間后，每個通道開關(guān)的接觸點可以用無水酒精清洗。

　?、谡_選擇測溫點

　　熱電偶應盡可能接近要測量的溫度點。在測量流體溫度時，熱電偶測量端應盡可能在液體中間，并與被測流體相對。為避免沿熱電偶產(chǎn)生熱量或防止環(huán)保管影響被測溫度，熱電偶應浸入被測流體技術(shù)中，深度發(fā)展至少為直徑 10 兩倍。在測量固體溫度時，熱電偶應與物體緊密接觸。為了盡量減少偏差值，應確保周圍溫度場的穩(wěn)定性。熱電偶應盡量安裝在無振動或振動小的地方，盡量不要安裝在拐角處。

　?、圻x用合適的保護管材料和絕緣材料

　　除了快速測量外，還需要使用裸露的熱電偶來提高響應速度，并在正常使用期間增加保護管。保護管材料的選擇對熱電偶的穩(wěn)定性有很大的影響，因此有必要根據(jù)實際使用條件選擇合適的保護管。絕緣材料的選擇也是一個更重要的因素，因為這也是導致溫度跳躍的關(guān)鍵因素之一。絕緣材料的選擇需要耐高溫、耐腐蝕、薄壁和耐磨性。

　?、苷_選擇補償方法

　　為了減少或消除熱電偶冷端溫度變化引起的測量偏差，必須采取冷端補償措施。補償方法包括： 熱電勢修正法、補償導線法、參考端溫度補償法、冷端溫度補償器。熱電偶與冷端溫度補償器連接時，注意極性不的錯誤; 補償器必須定期檢查和驗證。

　　在實際使用補償導線時，應特別注意以下幾個方面：1) 補償導線選擇相應型號的熱電偶，不能混用。如果用普通導線代替補償導線，就不會發(fā)揮補償作用，反而會降低測溫的準確性。2) 補償導線與熱電偶和測量儀器連接時，必須注意補償導線的正負極與熱電偶的正負極連接，否則測溫偏差會增加。3) 在溫區(qū)內(nèi)，使用的補償導線的熱電勢應與原熱電偶一致，以確保測量的準確性。

　?、菘垢蓴_措施

　　1) 選擇帶絕緣層和屏蔽層的熱電偶，使用聚氯乙烯或聚四氟乙烯作為護套，將護套緊密包裹在絕緣層上?？山g起熱電偶線，在測試設備電源或熱電偶線上安裝濾波器磁環(huán)，達到更好的抗干擾效果。2) 將熱電偶的測量端或參考端接地，測量對象也需要一起接地，選擇耐高溫、對熱電偶無害的金屬線。3) 將熱電偶懸掛在空氣中，以避免熱電偶與任何物體接觸。能防止漏電或高溫干擾。

　　四、結(jié)語

　　根據(jù)本文的分析，溫度測量的準確性會受到許多外部因素的影響。因此，如果在實際測量中不考慮其他因素，不檢查安裝過程中是否有干擾、安裝不當、儀器精度不足等，隨機選擇熱電偶分度號會影響測量結(jié)果的準確性。目前，偶爾會有標準的熱電偶只有綜合考慮，在實際使用中根據(jù)當時的使用條件進行有效分析，選擇合適的熱電偶，才能得到準確的測量結(jié)果。同樣的 隨著越來越多的工作經(jīng)驗，測量值的準確性和可靠性應繼續(xù)加強和研究業(yè)務。

　　簡而言之，必須總結(jié)和分析測量過程中發(fā)生的每一個問題，并調(diào)查問題的根源，詢問原因，以有效避免下一個熱電偶的溫度偏差和跳躍問題。在實際使用過程中，總結(jié)發(fā)現(xiàn)熱電偶用鋁箔包裹在被測物體上，用手捏平，然后加入一層保溫棉，最后用兩帶收緊熱電偶溫度點，可以有效減少或消除熱電偶溫度偏差和跳躍問題。