你了解熱電偶嗎?熱電偶使用不合格的原因有哪些?

[關(guān)鍵字]：熱電偶 指數(shù) 鎧裝熱電偶

[導(dǎo)讀] 為增進(jìn)大家對熱電偶的認(rèn)識，本文將對熱電偶以及熱電偶在使用過程中不合格的原因予以介紹。

熱電偶的外形，常因需要，而極不相同。但其實(shí)基本結(jié)構(gòu)差不多是一樣的。為增進(jìn)大家對熱電偶的認(rèn)識，本文將對熱電偶以及熱電偶在使用過程中不合格的原因予以介紹。

一、熱電偶

熱電偶是所有傳感器中復(fù)雜性很低的一種，因此既堅固耐用，又低成本，非常適用于工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

熱電偶由兩根材質(zhì)不同的金屬導(dǎo)線組成，這兩根導(dǎo)線共同連接測量點(diǎn)，稱為熱接點(diǎn)。熱電偶的輸出是與熱接點(diǎn)和導(dǎo)線冷接點(diǎn)之間的溫差成比例的電壓。所產(chǎn)生的電壓非常小且是非線性的，這便給熱電偶儀器制造商帶來了設(shè)計難題。但如果設(shè)計得當(dāng)，熱電偶便是一種成本非常低的傳感器，如果損壞則可輕松更換。

熱電偶電路至少有兩個接點(diǎn)：測量接點(diǎn)(熱接點(diǎn))和參考接點(diǎn)或冷接點(diǎn)。參考接點(diǎn)是熱電偶的兩根導(dǎo)線連接測量儀器(例如數(shù)據(jù)記錄器)的接點(diǎn)。這是金屬材質(zhì)從熱電偶金屬變成測量儀器金屬的點(diǎn)，大多數(shù)電子數(shù)據(jù)記錄器均采用銅線。

熱電偶的輸出電壓與測量接點(diǎn)和參考接點(diǎn)之間的溫差有關(guān)。這是 Thomas Seebeck 在1821年觀察到一種現(xiàn)象后得出的結(jié)論。在該現(xiàn)象中，由兩個金屬材質(zhì)不同的導(dǎo)線組成的電路在其中一個接點(diǎn)被加熱后改變了電壓表指針的位置。

每一類熱電偶都有其特有的塞貝克(Seebeck) 電壓曲線。 塞貝克曲線取決于熱電偶兩根導(dǎo)線中使用的金屬，所產(chǎn)生的電壓以 mV 為單位。 熱電偶中使用的幾乎所有導(dǎo)線都是合金，合金的同質(zhì)性對于測量系統(tǒng)的精度至關(guān)重要。

應(yīng)記住，電壓不是在熱接點(diǎn)處產(chǎn)生的，而是在存在熱梯度的區(qū)域沿著導(dǎo)線產(chǎn)生的。在精度要求高的應(yīng)用場合，在使用熱電偶前檢查精度時應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。

二、熱電偶使用中不合格原因分析

檢定合格的熱電偶在使用中不合格，這種現(xiàn)象鮮為人知，未引起人們重視。導(dǎo)致檢定合格的熱電偶在使用中不合格現(xiàn)象: 主要由于熱電偶偶絲不均質(zhì)影響、鎧裝熱電偶的分流誤差和使用熱電偶不當(dāng)造成。

1、熱電偶絲不均質(zhì)影響

① 熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)。熱電偶在計量室檢定時，按規(guī)程要求，插入熱電偶檢定爐內(nèi)的深度300mm。因此，每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切地說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測量端開始300nm長偶絲的熱電行為。然而，當(dāng)熱電偶的長度較長，使用時大部分偶絲都處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲不均質(zhì)且處于具有溫度梯度的場合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動勢。該電動勢稱為寄生電勢，由寄生電勢引起的誤差稱為均質(zhì)誤差。

② 熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)。對于新制的熱電偶，即使是不均質(zhì)性能滿足要求，但是，反復(fù)加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下，也會因偶絲的劣化而引起熱電動勢變化。當(dāng)局部劣化部分處于具有溫度梯度的場所，也將產(chǎn)生寄生電勢疊加在總熱電動勢中而出現(xiàn)測量誤差。

2、鎧裝熱電偶的分流誤差

用鎧裝熱電偶測量爐溫時，當(dāng)熱電偶中間部分的溫度超過800℃時，將引起絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。由于鎧裝熱電偶的絕緣物是粉末狀氧化鎂，在高溫下溫度每升高100℃，其絕緣電阻下降一個數(shù)量級。當(dāng)中間部位溫度較高時，必定有漏電流產(chǎn)生、致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。

3、使用不當(dāng)引起的測量誤差

檢定合格的熱電偶，如果使用方法不正確，也會引起較大的測量誤差。

① 熱電偶插入深度不夠，因?qū)釗p失致使測溫偏低;

② 參考端溫度處理不當(dāng)，例如，爐內(nèi)火焰噴出致使參考溫度偏高，也會引起測量誤差等。

由上述討論可以看出，檢定合格的熱電偶在使用中不合格有可能因上述三種情況所導(dǎo)致。

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