工業(yè)熱電偶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系及注意

摘要:主要介紹了工業(yè)熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法。最后結(jié)合日常檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了工業(yè)熱電偶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)過程中的有關(guān)注意事項(xiàng)。
溫度計(jì)量是實(shí)現(xiàn)描述物體冷熱程度的物理量的準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)。熱電偶和熱電阻是溫度計(jì)量的兩個(gè)主要一次儀表，其中熱電偶主要用于高溫計(jì)量，是溫度測(cè)量主要元件之一。按照國(guó)家計(jì)量法規(guī)，熱電偶作為溫度計(jì)量器件，必須定期檢定。
　　熱電偶的溫度量值傳遞系統(tǒng)最終傳遞到工業(yè)熱電偶，工業(yè)熱電偶是廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科研等部門的重要溫度計(jì)量?jī)x器。工業(yè)熱電偶是通過兩種不同導(dǎo)體間在兩端不同溫度下產(chǎn)生熱電勢(shì)，再由補(bǔ)償導(dǎo)線傳送到顯示儀表，顯示儀表根據(jù)電勢(shì)大小最終顯示出被測(cè)溫度。
　　工業(yè)熱電偶的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，是計(jì)量行業(yè)，熱電偶生產(chǎn)廠商以及工業(yè)熱電偶的使用方所關(guān)注的焦點(diǎn)。因?yàn)闊犭娕嫉募夹g(shù)指標(biāo)高低，直接影響其相應(yīng)的性能，生產(chǎn)效率高低以及所生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量?jī)?yōu)劣。因此，對(duì)工業(yè)熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，是很有必要的。
1工業(yè)熱電偶的分類
工業(yè)熱電偶按照其結(jié)構(gòu)可分為兩類:
1.1普通工業(yè)熱電偶
　　普通工業(yè)熱電偶由接線盒、感溫元件和保護(hù)管組成,主要用于測(cè)量氣體、蒸汽、液體等介質(zhì)的溫度。普通工業(yè)熱電偶的計(jì)量檢定依據(jù)為JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》。
1.2鎧裝熱電偶
　　鎧裝熱電偶是將熱電極，絕緣材料連同保護(hù)套--起拉制成型的。鎧裝熱電偶的校準(zhǔn)依據(jù)為:JJF1262-2010《鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》。
2普通工業(yè)熱電偶的評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法
2.1外觀
　　熱電偶的外觀應(yīng)符合下列要求:
(1)熱電極測(cè)量端的焊接應(yīng)光滑、牢固、無氣孔和.夾灰等缺陷，無殘留助焊劑等污物;各部分的裝配正確,連接可靠，零件無損缺;
(2)各部分的裝配正確，連接可靠，零件無損缺;
(3)無斷路、短路;
(4)保護(hù)管內(nèi)無殘留污物及金屬?gòu)U屑;
(5)在恰當(dāng)部位正確地表明極性;
(6)外表涂層均勻、牢固;
(7)無顯著銹蝕和凹痕、劃痕。.
　　熱電偶的外觀檢查通過目測(cè)和千分尺等來完成。
2.2允差
　　熱電偶的允差應(yīng)符合GB/T16839.2-1997的規(guī)定。對(duì)于貴金屬工業(yè)熱電偶的允差檢測(cè)前，應(yīng)先進(jìn)行清洗和退火。具體步驟應(yīng)參考JJG141-2013中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。經(jīng)清洗后若外觀仍有發(fā)黑、腐蝕斑點(diǎn)和明顯的粗細(xì)不均勻等缺陷時(shí)，作不合格處理。
2.3熱響應(yīng)時(shí)間
　　熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)符合制造廠在使用說明書上提供的數(shù)據(jù)。
影響熱電偶響應(yīng)時(shí)間的因素有:
(1)熱電偶的結(jié)構(gòu)、尺寸。熱電極、保護(hù)管的直徑愈粗惰性也愈大。這樣熱電偶達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間就愈長(zhǎng)，即響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。
(2)材料不同，導(dǎo)熱性能也不同。如金屬保護(hù)管比瓷保護(hù)管導(dǎo)熱好,熱惰性小，熱電偶達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間就短，即響應(yīng)時(shí)間短。.
(3)響應(yīng)時(shí)間還隨工作狀況的變化而不同，就是說相同結(jié)構(gòu)的熱電偶，在不同的熱交換條件下，其響應(yīng)時(shí)間是不同的。
2.4常溫絕緣電阻
2.5.上限溫度絕緣電阻
2.6熱電動(dòng)勢(shì)穩(wěn)定性
　　熱電偶(允差等級(jí)為3級(jí)的T，E,K,N型除外)應(yīng)置于制造廠規(guī)定的上限溫度維持250h,試驗(yàn)前后最高檢驗(yàn)溫度點(diǎn)熱電動(dòng)勢(shì)的變化量(換算成溫度的變化量)應(yīng)不超過JB/T9238-1999《工業(yè)熱電偶技術(shù)條件》)的規(guī)定。
2.7運(yùn)輸基本環(huán)境條件
　　熱電偶應(yīng)能經(jīng)受JB/T9329-1999規(guī)定的碰撞和自由跌落試驗(yàn)。
2.8標(biāo)志及使用說明書
　　熱電偶的銘牌或出廠合格證明書上應(yīng)注明的信息有:型號(hào);規(guī)格:分度號(hào);適用溫度范圍;允差等級(jí);保護(hù)管材料;商標(biāo)或制造廠名和出廠日期。
　　使用說明書中應(yīng)提供的信息有:分度表熱響應(yīng)時(shí)間;適用環(huán)境;一般適用方法和特殊的技術(shù)條件。
　　工業(yè)熱電偶的8個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)目中，除允差項(xiàng)目需將熱電極組件從保護(hù)管中去除后檢測(cè)，其他7項(xiàng)均需帶保護(hù)管進(jìn)行檢測(cè)。
3鎧裝熱電偶的評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法
3.1尺寸.
　　鎧裝熱電偶測(cè)量端起在5倍于外徑的長(zhǎng)度內(nèi)，熱電偶的外徑允差應(yīng)符合GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的規(guī)定。
3.2熱電動(dòng)勢(shì)
　　熱電動(dòng)勢(shì)項(xiàng)目是評(píng)價(jià)鎧裝熱電偶性能的最重要項(xiàng)目。鎧裝熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)應(yīng)符合GB/T16839.1-1997和CB/T16839.2-1997的規(guī)定。
3.3絕緣電阻
　　由于鎧裝熱電偶絕緣材料采用氧化鎂、氧化鋁等，這些材料都有吸濕性(尤其氧化鎂吸濕性大)，吸水后會(huì)引起絕緣電阻降低，電阻值低，絕緣不好，將會(huì)短路,使熱電勢(shì)產(chǎn)生分流現(xiàn)象，引起測(cè)量誤差，甚至無法測(cè)量(示值波動(dòng)大)。
　　通過對(duì)絕緣型鎧裝偶常溫絕緣電阻的測(cè)量，可判斷鎧裝偶的質(zhì)量，相同長(zhǎng)度的鎧裝偶直徑越小電阻越大,直徑越大電阻越小。
　　鎧裝熱電偶的絕緣電阻應(yīng)在偶絲與套管之間進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于絕緣型鎧裝偶有一對(duì)熱電極的，測(cè)量熱電極與套管之間的常溫絕緣電阻，如果有一對(duì)以上熱電極的，不僅測(cè)量熱電極與套管之間，還要測(cè)量每對(duì)熱電極之間的常溫絕緣電阻。
　　在室溫絕緣電阻和高溫絕緣電阻測(cè)量時(shí),樣品長(zhǎng)度、試驗(yàn)溫度和絕緣電阻值應(yīng)滿足GB/T18404-2001《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶》的要求，環(huán)境的相對(duì)濕度不大于80%。.
3.4電連續(xù)性
　　對(duì)于絕緣型的鎧裝偶應(yīng)對(duì)其進(jìn)行電連續(xù)性的非定量檢驗(yàn)。
3.5極性
　　鎧裝偶的每個(gè)熱電極應(yīng)按照IEC60584-3第二部分中的規(guī)定標(biāo)明極性。
3.6焊接封頭密封性
　　對(duì)于絕緣型熱電偶采用水淬試驗(yàn)，其他類型鎧裝偶采用氮?dú)鈮毫υ囼?yàn)或液氮試驗(yàn)來確認(rèn)鎧裝偶的焊接封頭密封性。
3.7標(biāo)志
　　每只鎧裝偶應(yīng)有標(biāo)簽或標(biāo)志，應(yīng)標(biāo)志生產(chǎn)廠家或供應(yīng)商的名稱及以下內(nèi)同:標(biāo)稱外徑;標(biāo)稱長(zhǎng)度;熱電偶型號(hào);套管類型和允差等級(jí)。
4工業(yè)熱電偶的評(píng)價(jià)過程中應(yīng)注意的問題
4.1鎧裝熱電偶常溫絕緣電阻的測(cè)量
　　測(cè)量鎧裝熱電偶的常溫絕緣電阻時(shí)，應(yīng)根據(jù)鎧裝偶的直徑選擇不同的絕緣電阻測(cè)量?jī)x器。
4.2鎧裝熱電偶熱電勢(shì)檢測(cè)溫度點(diǎn)的確定
　　鎧裝熱電偶熱電勢(shì)項(xiàng)目的檢測(cè)溫度點(diǎn)的選擇，可根據(jù)鎧裝偶的直徑選擇校準(zhǔn)溫度點(diǎn)，原則上應(yīng)選擇不少于3個(gè)溫度點(diǎn)。
4.3工業(yè)熱電偶參考端的連接方式
　　工業(yè)熱電偶熱電勢(shì)項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，要使熱電偶參考端為0℃。目前國(guó)內(nèi)有些部門使用熱電偶自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。為了操作方便，熱電偶參考端補(bǔ)償，使用鉑電阻、銅電阻等測(cè)量環(huán)境溫度，補(bǔ)正熱電勢(shì)，給測(cè)量結(jié)果帶來誤差。
主要原因有兩點(diǎn):
(1)如果熱電偶參考端不為0℃,其參考端溫度和其靠近的環(huán)境溫度是有區(qū)別的，特別是校準(zhǔn)粗短的熱電偶，由于熱電極熱傳導(dǎo)的影響，末端的溫度要高于鄰近
的溫度。這樣使用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測(cè)量環(huán)境溫度，只反映環(huán)境溫度的變化，不能真正地反映熱電偶參考端(熱電極末端)溫度的變化(標(biāo).準(zhǔn)溫度計(jì)或溫度傳感器放置位置的遠(yuǎn)、近也會(huì)帶來不同程度的誤差)。
(2)用標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)或溫度傳感器(Pt100或Cu50等)測(cè)量熱電偶參考端溫度，將測(cè)得的環(huán)境溫度用分度表的值進(jìn)行換算，得到一個(gè)計(jì)算的補(bǔ)正熱電勢(shì)，對(duì)熱電偶進(jìn)行熱電勢(shì)補(bǔ)正。但是每支熱電偶(接同--型號(hào)補(bǔ)償導(dǎo)線)有各自的熱電特性。在此環(huán)境溫度下，熱電偶參考端熱電勢(shì)與計(jì)算(標(biāo)準(zhǔn)化)的熱電勢(shì)是不同的。所以，對(duì)熱電偶進(jìn)行模式化的補(bǔ)正，不能真實(shí)地反映被校熱電偶的熱電特性。
　　上述熱電偶參考端的測(cè)量和熱電勢(shì)補(bǔ)正的方法，都會(huì)給校準(zhǔn)結(jié)果帶來誤差(能達(dá)到1℃)。所以，熱電偶參.考端應(yīng)為0℃。如果參考端插人冰點(diǎn)恒溫器較困難，要采用加修正值的補(bǔ)償導(dǎo)線作為連線(補(bǔ)償導(dǎo)線兩極組成的熱電偶，其熱電特性與所配熱電偶的熱電特性相同，能消除熱電偶參:考端溫度變化的影響)，使熱電偶參考端遠(yuǎn)離熱源，再使信號(hào)輸出端為0℃。
4.4補(bǔ)償導(dǎo)線的連接
　　工業(yè)熱電偶熱電勢(shì)項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，若使用補(bǔ)償導(dǎo)線,切勿將其極性接反，否則測(cè)量結(jié)果會(huì)因此產(chǎn)生兩倍環(huán)境溫度的電勢(shì)值的誤差。
4.5恒溫時(shí)間
　　鎧裝熱電偶熱電勢(shì)項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，使用管式爐內(nèi)加裝均溫塊進(jìn)行檢測(cè)，達(dá)到設(shè)定溫度后，恒溫至達(dá)到熱平衡。較粗的鎧裝偶恒溫時(shí)間要長(zhǎng)-些,有可能標(biāo)準(zhǔn)器穩(wěn)定了，但被校鎧裝偶示值還在波動(dòng)。
　　檢測(cè)時(shí)，若發(fā)現(xiàn)某一根鎧裝熱電偶電纜或幾根電纜的熱電勢(shì)極不穩(wěn)定,甚至可以看到數(shù)字多用表上的0.1mV數(shù)位都漂浮不定，導(dǎo)致無法讀取數(shù)據(jù)。這種情況應(yīng)終止檢測(cè)工作，將其中一根熱電勢(shì)波動(dòng)很大的鎧裝熱電偶電纜單獨(dú)進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)結(jié)果正常則是由于電纜的圈數(shù)多，升溫過程中電磁感應(yīng)造成的;若仍然波動(dòng)很大，則應(yīng)根據(jù)以上現(xiàn)象和鎧裝熱電偶電纜生產(chǎn)工藝特點(diǎn)綜合分析，查找原因。
4.6補(bǔ)償導(dǎo)線修正值的使用
　　工業(yè)熱電偶熱電勢(shì)項(xiàng)目檢測(cè)時(shí)，如果接補(bǔ)償導(dǎo)線，數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，注意加修正值。
4.7新制鎧裝熱電偶，檢測(cè)前不進(jìn)行退火
　　在鎧裝熱電偶的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定新制鎧裝偶退火后再進(jìn)行示值的校準(zhǔn)。針對(duì)這個(gè)問題，選取了不同型號(hào)鎧裝偶，在不同的校準(zhǔn)溫度點(diǎn)進(jìn)行了退火前、后(一次、二次退火)示值的大量試驗(yàn)，無論是第一-次退火還是第二次退火的示值與退火前的示值比較，最大相差約是允差的十分之--。通過試驗(yàn)結(jié)果表明，如果偶絲材料出廠前能充分的退火,新制鎧裝偶退火與否對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果影響很小。所以，新制鎧裝熱電偶可略去檢測(cè)前退火的工作。
5結(jié)語(yǔ)
　　主要介紹了工業(yè)熱電偶的分類;工業(yè)熱電偶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系，其中包括普通工業(yè)熱電偶和鎧裝熱電偶的評(píng)價(jià)項(xiàng)目和評(píng)價(jià)方法。最后結(jié)合日常檢測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了工業(yè)熱電偶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)過程中的有關(guān)注意事項(xiàng)，對(duì)工業(yè)熱電偶檢測(cè)以及工業(yè)熱電偶行業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提高具有重要意義。