熱電偶熱電阻測溫原理與誤差

摘要:因?yàn)?strong>熱電偶和熱電阻的不穩(wěn)定性、不均勻性都會(huì)引起測量誤差，因此在實(shí)際應(yīng)用中，要詳細(xì)分析測量誤差產(chǎn)生的原因，根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因合理安裝測溫元件、正確組成和使用測溫系統(tǒng)，盡量減少各種誤差的影響，使測量溫度既正確又可靠。基于此本文分析了熱電阻和熱電偶測溫原理與誤差。
1熱電阻和熱電偶測溫原理
1.1熱電偶測溫基本原理
        溫度測量的方式一般分為接觸式測量和非接觸式兩大類，由于溫度參數(shù)的特殊性，使其無法通過直接方式獲取，而必須要利用--些物理特性與溫度之間有著特定函數(shù)關(guān)系的物，質(zhì)來進(jìn)行間接的測量獲取。
從溫度測量的方式來看，熱電偶屬于接觸式測溫，熱電偶測溫元件進(jìn)行溫度測量的基本原理是元件材料的熱電效應(yīng)，具體來說，就是將電子密度不同的兩種金屬導(dǎo)體首尾相接組成閉合回路，當(dāng)回路兩端的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢，形成熱電流，這樣就可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以便于測量，利用熱電偶進(jìn)行溫度測量具有精度較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，同時(shí)熱電偶測溫范圍相對(duì)較廣，信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳送，這也使熱電偶測溫裝置能夠好更好地實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測以及自動(dòng)控制。然而熱電偶測溫元件的精度在實(shí)際的使用過程中會(huì)受到一系列因素的影響，結(jié)合熱電偶測溫的基本原理，并通過技術(shù)手段對(duì)熱電偶測溫誤差原因進(jìn)行分析，將能夠有效的控制測溫誤差的出現(xiàn)，提高熱電偶測溫的精度。
1.2熱電阻的基本原理
        熱電阻是中低溫區(qū)常用的一.種溫度檢測器。它的主要特點(diǎn)是測量精度高，性能穩(wěn)定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的，它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。熱電阻測溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的增加而增加這--特性來進(jìn)行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應(yīng)用多的是鉑和銅。
2誤差分析
2.1熱電偶測溫誤差分析及預(yù)防措施
2.1.1測溫元件導(dǎo)熱引起的誤差
(1)引起誤差的主要原因有以下三個(gè)方面: 1)測溫管段向外散熱。2)熱電偶插入深度。3)熱電偶的壁厚以及熱電偶的材料。
(2)針對(duì)以上問題可采取的措施:1)對(duì)外露部分進(jìn)行保溫，減小管外換系數(shù)。2)增加熱電偶插入深度，減小測溫管尺寸，即管徑要細(xì)，壁要薄，但與測溫管的強(qiáng)度和壽命有矛盾，因此測溫管多采用陶瓷、不銹鋼材料以降低磨損。
3)為增加熱系數(shù)選擇測溫點(diǎn)時(shí)，要盡量選在管道液體速度較大的地方。
2.1. 2熱輻射引起的誤差
(1)誤差原因:在測量中被測容器壁溫度常與介質(zhì)溫度不一-致，例如測量鍋爐爐膛溫度時(shí)，爐壁溫度要低很多，熱電偶要比器壁溫度高很多，因此它們之間將發(fā)生輻射換熱，在測量較高溫度時(shí)，這項(xiàng)誤差要比導(dǎo)熱誤差大很多，被測介質(zhì)溫度越高，誤差也越大。
(2)為了正確測定溫度，可以采取以下措施: 1)在測溫元件外部加同溫屏蔽罩。使測溫元件不直接與器壁進(jìn)行輻射換熱，而只與其溫度接近的屏蔽罩進(jìn)行輻射換熱，從而減小測量誤差。2)增加氣流和測溫元件之間的對(duì)流換熱系數(shù)，由傳熱學(xué)知道，氣流速度越大，對(duì)流換熱系數(shù)越大，因此要將測溫元件插到氣流速度最高的地方，或用其他措施來提高氣流速度。3)測溫元件的套管盡量用黑度系數(shù)小的材料或拋光表面。
2.1.3熱慣性引起的誤差
(1)誤差原因:用熱電偶測量快速變化的溫度時(shí)，由于測溫元件熱慣性的影響，其溫度變化跟不上被測對(duì)象的變化，此時(shí)將產(chǎn)生動(dòng)態(tài)誤差。例如，當(dāng)被測介質(zhì)溫度發(fā)生階躍變化時(shí)，熱電偶的溫度變化是逐漸的，經(jīng)過--段時(shí)間才能達(dá)到新的平衡，對(duì)于經(jīng)常波動(dòng)的被測溫度，動(dòng)態(tài)誤差的出現(xiàn)更為頻繁。
(2)為了改善動(dòng)態(tài)誤差，縮短遲滯，減小動(dòng)態(tài)誤差,可采用下面辦法:1)減小熱電偶測量端的體積，以減小測量端的熱容。2)選用比熱小，導(dǎo)熱好的套管材料，在保證強(qiáng)度下使套管壁厚較小，使測量端緊靠套管端部或在兩者之間填充些導(dǎo)熱好的材料，或?qū)y量端直接焊在套管端部，這樣能減熱量傳遞中的熱阻。4)增大測量端與被測介質(zhì)的接觸面積，以增大傳熱系數(shù)，但需要注意的是只增大測量端的面積，而體積不發(fā)生變化。
2.1.4測量系統(tǒng)漏電引起的熱電偶測溫誤差
       熱電偶測溫系統(tǒng)在使用過程中，會(huì)因?yàn)榻^緣層損壞等原因造成系統(tǒng)漏電，導(dǎo)致熱電勢受到影響，使儀表的指示溫度與實(shí)際的溫度之間出現(xiàn)誤差，較嚴(yán)重的將導(dǎo)致測量系統(tǒng)的失靈。
針對(duì)溫度測量系統(tǒng)漏電引起的測量誤差，要加強(qiáng)對(duì)測量系統(tǒng)的日常檢修與養(yǎng)護(hù)，確保測量系統(tǒng)絕緣性能的正常發(fā)揮，同時(shí)采取接地以及其他的屏蔽方法來進(jìn)行誤差修正，還可以通過增大熱電偶直徑，增加絕緣層的厚度，降低電阻值以及調(diào)整加熱帶的長度等措施來進(jìn)行鎧裝熱電偶誤差的修正。
2.2熱電阻測溫誤差分析
(1)電阻溫度系數(shù)a不同和調(diào)整Ro所引起的誤差。
(2)電阻的分度誤差。因?yàn)闊犭娮璨捎玫囊彩请娮枰粶囟确侄缺?，熱電阻的?shí)際阻值與分度表內(nèi)的阻值不一致會(huì)造成分度誤差。
(3) 絕緣電阻影響的誤差。熱電阻的感應(yīng)絲是繞在云母、陶瓷、玻璃、塑料等材料制成的骨架上，在高溫時(shí)這些材料的絕緣電阻會(huì)急劇下降，使熱電阻的阻值減少，引起測量誤差。只有在材料選擇合理，制造過程工藝要嚴(yán)格，這樣才能使高溫絕緣電阻達(dá)到要求。
(4) 熱電阻自熱所引起的誤差。熱電阻通過電流后使熱電阻本身溫度略有升高，這樣測得的溫度總比被測的溫度高一些。
(5) 熱電阻引出線所引起的誤差。測溫時(shí)熱電阻到顯示儀表之間的導(dǎo)線電阻會(huì)引起測溫的誤差，常采用三線制、四線制接法來消除導(dǎo)線誤差。
(6)顯示儀表的誤差，它是以儀表的精度等級(jí)形式給出的。
        總之，由于缺乏對(duì)熱電阻和熱電偶測溫原理的掌握，導(dǎo)致在溫度測量過程中遇到的問題及設(shè)備故障難以排查解決,基于此本文從熱電阻和熱電偶檢測系統(tǒng)的測溫原理入手，對(duì)溫度測量過程的主要誤差來源進(jìn)行了分析，以期提供一些借鑒。