提高廉金屬熱電偶溫度測(cè)量正確性方法

摘要:在檢定廉金屬熱電偶上下展和中間溫度點(diǎn)后，通過經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)學(xué)算法求出在檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)的修正值，理論計(jì)算值與實(shí)際檢定值比對(duì)從面得到廉金屬熱電偶在檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)修正值的計(jì)算方法和經(jīng)驗(yàn)公式。
0引言
　　溫度傳感器不論是在科學(xué)研究還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，,它的應(yīng)用都是十分廣泛的。從目前的應(yīng)用范圍來看，工業(yè).上使用較多的溫度傳感器主要有兩種類型，即熱電阻和熱電偶，在工業(yè)領(lǐng)域一般熱電阻應(yīng)用較多的是三線制的Pt100,熱電偶應(yīng)用較多就是工業(yè)I級(jí)或II級(jí)廉金屬熱電偶，而這其中尤以K型熱電偶據(jù)多。主要論述提高工業(yè)廉金屬測(cè)溫準(zhǔn)確性的方法。
　　在工業(yè)廉金屬熱電偶送至相關(guān)計(jì)量部門后，如果客戶未要求檢定溫度點(diǎn)的時(shí)，計(jì)量部門會(huì)根據(jù)偶絲直徑和檢定規(guī)程要求來確定檢定溫度點(diǎn)，一般而言檢定400,600℃和800℃三個(gè)溫度點(diǎn)較多，當(dāng)然如果客戶有要求就按照客戶要求來進(jìn)行檢定。熱電偶在實(shí)際使用中，客戶經(jīng)常會(huì)用到溫度范圍內(nèi)其他未檢定的溫度點(diǎn)，多數(shù)用戶通常會(huì)采用內(nèi)插的方法來確定該溫度點(diǎn)的修正值，將主要針對(duì)目前工業(yè)上使用較多的K型廉金屬熱電偶，結(jié)合實(shí)際的校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗(yàn)，來確定其他溫度點(diǎn)的修正值，從而找到最佳的方法，確保其準(zhǔn)確可靠。
1溫度傳感器的檢定
　　溫度傳感器在使用中需要定期送到相應(yīng)的計(jì)量機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢定，檢定合格才能作為計(jì)量設(shè)備使用。
　　對(duì)于K型熱電偶溫度傳感器，根據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》的要求，I級(jí)熱電偶的允許偏差為±1.5℃或±0.4%t,II級(jí)熱電偶的允許偏差為±2.5℃或±0.75%t。K型熱電偶檢定溫度點(diǎn)根據(jù)偶絲的直徑不同而有所不同，一般按照表1的要求來確定檢定溫度點(diǎn)。通過測(cè)出的實(shí)際電勢(shì)值與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的電勢(shì)值相比較,轉(zhuǎn)換成溫度的示值誤差即可判斷出該支熱電偶的等級(jí)。
 
2溫度傳感器的測(cè)溫特性
　　對(duì)于K型熱電偶來講，其電勢(shì)和溫度存在如下關(guān)系:
　　在-200~1372℃范圍之間
 
式中:E為電勢(shì)值，mV;t90為90溫標(biāo)下的溫度值,C;c:為系數(shù)，不同溫度段對(duì)應(yīng)的系數(shù)不同。
2.1溫度差值和溫度值構(gòu)成二次曲線方法
　　通常來講，一支K型熱電偶溫度傳感器的測(cè)溫方法主要是根據(jù)測(cè)出的電勢(shì)值去查分度表或者依據(jù)上述的計(jì)算公式求出其對(duì)應(yīng)的溫度，如果不是采用冰瓶補(bǔ)償則需要將冷端溫度考慮進(jìn)去。有時(shí)為了測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性，使用前需要對(duì)熱電偶使用到的溫度點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試前的校準(zhǔn)，得到修正值，確保實(shí)際使用過程溫度示值的準(zhǔn)確，相對(duì)而言這種做法的可靠性更為高些，但并不是所有部門都能做到測(cè)試前對(duì)使用溫度點(diǎn)的校準(zhǔn)，因此這里提出了一種對(duì)K型熱電偶傳感器進(jìn)行修正的方法(參考貴金屬熱電偶百度計(jì)算)，由于K型熱電偶具有較好的線性度，靈敏度較高，因此建立如下數(shù)學(xué)模型
 
　　式中:△E(t)為檢定溫度點(diǎn)的理論電勢(shì)值和實(shí)際電勢(shì)值之差，mV;E(|)為在檢定溫度點(diǎn)的實(shí)際電勢(shì)值，mV;
　　Ek[(1)為在檢定溫度點(diǎn)的理論電勢(shì)值，mV;t為檢定溫度點(diǎn),℃;a,b,c為系數(shù)。.
　　若在t1,t2,t3三個(gè)溫度點(diǎn)下檢定某K型熱電偶，得到實(shí)際的電勢(shì)值為E(t1),E(t2)和E(t3)，于是可以達(dá)到與理論之對(duì)應(yīng)的電勢(shì)值差△E(t1),△E(t2)和△E(t3)，由此建立如下的方程組
 
　　通過上述的系數(shù)a,b,c值，在實(shí)際的測(cè)試中就可以根據(jù)檢定的溫度點(diǎn)而給出其他溫度點(diǎn)的電勢(shì)修正值。
2.2內(nèi)插方法
　　內(nèi)插法主要用是根據(jù)檢定的兩個(gè)溫度點(diǎn)來確定內(nèi)插方程，然后根據(jù)方程代人需要計(jì)算的修正點(diǎn)得到該溫度點(diǎn)計(jì)算出的修正值。設(shè)檢定點(diǎn)溫度分別為T1,T2,T3,時(shí)，修正值分別為△T1,△T2,△T3。
假設(shè)欲求溫度T下的修正值△T,且T1,<T<T2,則按線性差值的方法有如下關(guān)系:
 
3測(cè)試數(shù)據(jù)比對(duì)驗(yàn)證
　　為了驗(yàn)證上述給出的測(cè)試方法的可靠性，選兩支K型工業(yè)熱電偶(1#，2#)進(jìn)行標(biāo)定，并采用兩種方法計(jì)算最后的結(jié)果。
　　對(duì)550，700,850,1000℃和1100℃五個(gè)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)，其測(cè)試的溫度點(diǎn)與實(shí)際電勢(shì)值對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2。
3.1溫度差值和溫度值構(gòu)成二次曲線方法驗(yàn)證
　　1#K型熱電偶，根據(jù)上述的550，850℃和1100℃三個(gè)點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)果求出系數(shù)a,b,c,有三個(gè)點(diǎn)校準(zhǔn)結(jié)果求出系數(shù)a,b,c,有
 
　　熱電偶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得兩個(gè)溫度點(diǎn)的電勢(shì)值分別為29.2221mV和41.4143mV,利用公式或分度表可以得到其分別對(duì)應(yīng)的溫度為702.20℃和1003.54℃,將換.算后的溫度值代人電勢(shì)修正公式得到這兩個(gè)點(diǎn)的電勢(shì)誤差值，即
 
　　通過對(duì)修正后的電勢(shì)進(jìn)行溫度換算，可以得到該電勢(shì)下的實(shí)際溫度值，即
T1=699.9977℃，T2=1000.17209℃
　　同樣，在測(cè)得電勢(shì)值分別為29.2081mV和41.4077mV時(shí)，按照上述方法可以得到2#傳感器的兩個(gè)計(jì)算溫度值，具體比較如表3。
 
　　通過上表的數(shù)據(jù)比較可以看出理論計(jì)算值與檢定值相差很小，尤其是低溫段，該方法可用。
3.2內(nèi)插方法驗(yàn)證
　　1#K型熱電偶根據(jù)550℃和850℃兩個(gè)溫度點(diǎn)計(jì)算700℃的修正值，根據(jù)850℃和1100℃兩個(gè)溫度點(diǎn)的值計(jì)算1000的修正值，2#也以同樣的方法計(jì)算，具體的理論計(jì)算與實(shí)際校準(zhǔn)比較如表4。
 
　　通過表4數(shù)據(jù)可以看出，在線性度較好的熱電偶傳感器選用內(nèi)插法也是一種很好的方法。
4小結(jié)
　　上述所提出的熱電偶的檢定點(diǎn)外的溫度點(diǎn)修正值的計(jì)算方法并不是一成不變的，由于受到傳感器的穩(wěn)定性影響，在使用一段時(shí)間后電勢(shì)值會(huì)發(fā)生漂移，即使標(biāo)定過的溫度點(diǎn)也會(huì)發(fā)生波動(dòng)，因此上述方法只適用于傳感器在標(biāo)定后的短時(shí)間內(nèi)使用，對(duì)于一些廉金屬熱電偶可以通過上述方法計(jì)算其他溫度點(diǎn)的修正值，減少因檢定點(diǎn)較多而額外增加的檢定費(fèi)用。