熱電偶計(jì)量校準(zhǔn)中的技術(shù)問(wèn)題

摘要:熱電偶溫度計(jì)因其測(cè)溫正確性高，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。常見(jiàn)的熱電偶類型有K型、T型、E型、S型等。對(duì)于不同類型的熱電偶有不同的適用場(chǎng)景和測(cè)溫范圍。主要闡述在實(shí)際計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中遇到的一些技術(shù)問(wèn)題，諸如對(duì)熱電偶外殼絕緣層的選擇，熱電偶的養(yǎng)護(hù)，正確的接線，盡可能提高其使用壽命，提高測(cè)溫正確性等。對(duì)于熱電偶如何選擇，在平時(shí)的工作中如何規(guī)范使用，在計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)，盡可能減小測(cè)量誤差等問(wèn)題進(jìn)行分析與探討。
0引言
　　熱電偶是由兩種不同材料的導(dǎo)體成為兩個(gè)電極,將其兩個(gè)電極一端焊接在-起形成測(cè)量端，在進(jìn)行測(cè)溫時(shí)放置于被測(cè)溫度場(chǎng)中，另一端為參考端，測(cè)量時(shí)置于恒定溫場(chǎng)中。基于塞貝克效應(yīng)，利用溫度與熱電動(dòng)勢(shì)的線性關(guān)系進(jìn)行測(cè)溫。常用的熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)、T型(銅-鎳銅)、E型(鎳鉻-銅鎳)等熱電偶具有測(cè)溫范圍廣，響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。在250°C以下及負(fù)溫建議使用T型熱電偶，因其在低溫段穩(wěn)定且精度高。低于400°C建議使用E型熱電偶，經(jīng)常用于供電等領(lǐng)域。在1000°C以下建議使用K型熱電偶，K型熱電偶測(cè)溫范圍廣,應(yīng)用廣泛，經(jīng)常與數(shù)字溫度表配套使用。
　　熱電偶的選擇比如類型的選擇，外殼絕緣層材質(zhì)的選擇以及熱電偶粗細(xì)的選擇。對(duì)于補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用方法及注意事項(xiàng)。熱電偶布放位置.的考量以及熱電偶作為耗材在平時(shí)需要注意養(yǎng)護(hù)的問(wèn)題。熱電偶在計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中遇到的一些技術(shù)問(wèn)題以及提出相應(yīng)的解決辦法。
1計(jì)量和使用熱電偶出現(xiàn)的問(wèn)題
1.1熱電偶外殼絕緣層的材質(zhì)
　　熱電偶在測(cè)溫時(shí)，除測(cè)量端外，熱電極之間和連接導(dǎo)線之間要求有良好的電絕緣，否則會(huì)出現(xiàn)熱電勢(shì).損耗而產(chǎn)生測(cè)量誤差。常用的絕緣材料有:鐵氟龍材料、硅膠材料、橡膠材料、玻璃纖維、碳纖維、棉線等。像硅膠材料，橡膠材料一般耐高溫在200°C左右。溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致絕緣層熔化。在使用過(guò)程中并沒(méi)有注意到絕緣層材質(zhì)對(duì)溫度范圍有嚴(yán)苛要求,導(dǎo)致熱電偶使用一次便不能再次測(cè)量了，造成了一定程度的損耗。對(duì)于棉線材質(zhì)的熱電偶，其可以耐高溫至一千多度，可用于箱式電阻爐等設(shè)備的測(cè)溫儀器，亦可作計(jì)量電阻爐的標(biāo)準(zhǔn)器。但經(jīng)歷過(guò)高溫后，外層棉線也會(huì)損耗，因此測(cè)量高溫段的熱電偶是耗材，很難進(jìn)行二次使用。
1.2補(bǔ)償導(dǎo)線
　　在《JJF 1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》里有提到補(bǔ)償導(dǎo)線的相關(guān)內(nèi)容。補(bǔ)償導(dǎo)線用于延伸熱電極即移動(dòng)熱電偶的冷端，與顯示儀表聯(lián)接構(gòu)成測(cè)溫系.統(tǒng)。補(bǔ)償導(dǎo)線是在--定溫度范圍內(nèi)熱電偶的廉價(jià)替代,且不同的熱電偶類型匹配不同的補(bǔ)償導(dǎo)線。接線方式也非常重要，如果接反熱電偶的補(bǔ)償導(dǎo)線，則會(huì)出現(xiàn)測(cè)量誤差。
1.3熱電偶的選擇問(wèn)題
　　對(duì)于不同種類型熱電偶的選擇，在引言中已有大致描述，在選擇熱電偶上有時(shí)會(huì)存在誤區(qū)，認(rèn)為K型熱電偶是萬(wàn)能的，測(cè)量正確性也是最高的，其實(shí)不然，在不同的溫度條件及環(huán)境條件需要選擇不同種類的熱電偶。對(duì)于K型熱電偶，也會(huì)有粗細(xì)之分，測(cè)量箱式電阻爐等大于600°C的儀器設(shè)備時(shí),需要較粗的熱電偶絲，溫度不是很高時(shí)，選擇較細(xì)的熱電偶絲即可。在選擇熱電偶粗細(xì)時(shí)也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致使用一次就失效的情況。
1.4熱電偶的布放位置問(wèn)題10.8.93
　　首先需要考慮安裝熱電偶時(shí)周圍是否有強(qiáng)電場(chǎng)及強(qiáng)磁場(chǎng)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤操作，諸如將熱電偶和動(dòng)力電纜裝在同一根導(dǎo)管內(nèi)，這將影響測(cè)量正確性。且盡可能不要布放在強(qiáng)腐蝕環(huán)境下，積灰積垢，生銹腐蝕等問(wèn)題會(huì)縮短熱電偶使用壽命。對(duì)于貼片型熱電偶，若布放不恰當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致讀不出數(shù)等問(wèn)題。
1. 5計(jì)量校準(zhǔn)熱電偶時(shí)的技術(shù)問(wèn)題
　　在計(jì)量校準(zhǔn)熱電偶的過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)漂移的情況，數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，上下浮動(dòng)大。若熱電偶與數(shù)字溫度表匹配計(jì)量校準(zhǔn)，則比較穩(wěn)定，測(cè)量熱電動(dòng)勢(shì)則會(huì)比較不穩(wěn)定。對(duì)于計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中出現(xiàn)的測(cè)量誤差，需要綜合考慮多方面因素，比如操作人員是否操作得當(dāng)，被測(cè)溫度環(huán)境是否符合要求等等。
2對(duì)熱電偶計(jì)量和使用提出相應(yīng)的解決方案
2.1注意熱電偶絕緣層的選擇
　　熱電偶屬于耗材，在平時(shí)使用不當(dāng)會(huì)容易損耗,降低使用頻次。不論在計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中，還是平時(shí)的使用過(guò)程中，首先需要確定被測(cè)的溫度范圍，選用合適型號(hào)的熱電偶及選用正確的絕緣層材質(zhì)。對(duì)于測(cè)量高溫(大于200°C)時(shí)，硅膠材料,橡膠材料的絕緣層已.經(jīng)不再合適,而是應(yīng)該選擇玻璃纖維,棉線等的材質(zhì)。.
2.2熱電偶平時(shí)的保養(yǎng)
　　另外熱電偶平時(shí)的保養(yǎng)也非常重要。在不用熱電偶測(cè)溫時(shí),需將熱電偶置于適宜的環(huán)境溫度、濕度下。且若熱電偶線很長(zhǎng)，不可隨意彎折，應(yīng)該繞圈放置。將熱電偶線分為三大組,編成麻花狀，熱電偶線長(zhǎng)度5米，且平時(shí)很少使用，.幾乎一年使用一次。且將熱電偶在不用的時(shí)候放置于高濕度的環(huán)境下。在筆者計(jì)量校準(zhǔn)的過(guò)程中，約150°C時(shí)，外部絕緣層已經(jīng)變色且脫落，內(nèi)部熱電偶絲暴露于環(huán)境中，且因長(zhǎng)時(shí)間不用導(dǎo)致金屬絲變脆，遇到高溫出現(xiàn)斷裂。
　　因此熱電偶的保養(yǎng)是非常關(guān)鍵的，在不用的時(shí)候要將其合理安置，避免出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不用絕緣層，兩電極損壞的情況。
2.3補(bǔ)償導(dǎo)線的正確使用
　　對(duì)于不同種類型的熱電偶需要匹配不同種的補(bǔ)償導(dǎo)線，若補(bǔ)償導(dǎo)線選擇錯(cuò)誤，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的測(cè)量誤差。接線時(shí)的連接位置也很重要，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶接線柱位置越近越好，可以盡量減小測(cè)量誤差，且補(bǔ)償導(dǎo)線布放位置盡量遠(yuǎn)離干擾源，對(duì)于干擾源較多的場(chǎng)合，可以使用屏蔽補(bǔ)償導(dǎo)線。當(dāng)然，在安裝熱電偶的時(shí)候還是需要盡可能避開強(qiáng)磁場(chǎng)和強(qiáng)電場(chǎng)。補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表連接時(shí)，兩對(duì)連接點(diǎn)需要處于相同的溫度場(chǎng)內(nèi)，正負(fù)極不能反接。
　　補(bǔ)償導(dǎo)線作為熱電偶的延長(zhǎng)段，是熱電偶的廉價(jià)替代品，在一定溫度范圍內(nèi)具有相同的熱電特性。如果兩電極接反，不但會(huì)失去補(bǔ)償導(dǎo)線的作用，甚至?xí)鸬椒醋饔?，這是因?yàn)榉唇訒?huì)抵消熱電偶本身的熱電動(dòng)勢(shì)，使得儀表端測(cè)量時(shí)溫度指示會(huì)偏低。
補(bǔ)償導(dǎo)線需要具備的特點(diǎn)有:熱電特性穩(wěn)定，彎曲性能好，包覆層材料穩(wěn)定可靠，具有耐低溫和耐高溫的特性，電絕緣性能好，抗干擾能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。要根據(jù)所配儀表的不同選擇補(bǔ)償導(dǎo)線的線徑。線路較長(zhǎng)的熱電偶，需要采用較粗的補(bǔ)償導(dǎo)線，便于安裝和鋪設(shè)。
2.4熱電偶的正確選擇
對(duì)于熱電偶的選擇非常重要,E型熱電偶被廣泛用于電力行業(yè)，因其測(cè)量穩(wěn)定性強(qiáng)，精度高等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于大部分與數(shù)字溫度表匹配的熱電偶--般選擇K型。同是K型熱電偶，也會(huì)有粗細(xì)之分，在計(jì)量測(cè)量高溫諸如箱式電阻爐時(shí)，需要用粗的熱電偶線，保證其高溫也可穩(wěn)定測(cè)量不會(huì)很快損耗。對(duì)于溫度要求不嚴(yán)苛的情況下，用較細(xì)的熱電偶絲即可。筆者遇到客戶送檢的毛發(fā)粗細(xì)的熱電偶絲，易損耗。一般測(cè)量一個(gè)溫度點(diǎn)，外面絕緣層就會(huì)失效，在-80°C條件下，由于兩電極焊接不牢固導(dǎo)致分離，熱電偶絲又非常細(xì)，無(wú)法手動(dòng)將兩電極接在一起。因此測(cè)量低溫及200°C以上高溫段時(shí)，建議不要使用細(xì)的熱電偶絲，容易損壞。
2.5熱電偶的正確布放
　　對(duì)于熱電偶而言，布放位置直接影響了測(cè)量誤差的大小。布放位置需要避免干擾源，盡可能避免布放在惡劣環(huán)境中，比如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕的環(huán)境。因?yàn)闊犭娕嫉膬蓚€(gè)電極是金屬材質(zhì)，對(duì)于一些經(jīng)常放置于腐蝕性環(huán)境的情況下，需要及時(shí)的更換熱電偶.有的熱電偶表面都是鐵銹，長(zhǎng)時(shí)間的積灰積垢會(huì)導(dǎo)致測(cè)量誤差偏高標(biāo)準(zhǔn)值很多。若對(duì)溫度要求很高，這樣在現(xiàn)場(chǎng)的溫度監(jiān)測(cè)中便失去了意義。值得一提的是對(duì)于貼片型熱電偶。計(jì)量過(guò)貼片型的熱電偶，其布放位置比較考究，因?yàn)闇囟葌鞲衅餍枰o緊貼合被測(cè)物體表面，且要考慮散熱問(wèn)題，這對(duì)溫度測(cè)量的正確性提出了很高的要求。
2.6熱電偶的計(jì)量校準(zhǔn)
　　在熱電偶的計(jì)量校準(zhǔn)過(guò)程中，需要嚴(yán)格參照《JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》、《JJF 1262-2010鎧裝熱電偶校準(zhǔn)規(guī)范》或相應(yīng)規(guī)程規(guī)范要求。選擇適合的標(biāo)準(zhǔn)器，提供穩(wěn)定的溫度場(chǎng)。對(duì)于熱電偶的浸沒(méi)深度也需要注意，若溫度傳感器的測(cè)溫端不在均勻的溫場(chǎng)內(nèi)，則會(huì)影響校準(zhǔn)的正確性。
　　有時(shí)會(huì)因?yàn)闊犭娕急容^短，導(dǎo)致無(wú)法滿足浸沒(méi)深度的要求，可以考慮更換標(biāo)準(zhǔn)器或?qū)犭娕嫉膬呻姌O與同類型熱電偶對(duì)應(yīng)電極相接，來(lái)延長(zhǎng)熱電偶的長(zhǎng)度。其次需要等到穩(wěn)定才可讀數(shù)。對(duì)于測(cè)量誤差大的熱電偶首先考慮是否操作不當(dāng)或溫度場(chǎng)均勻性波動(dòng)性不達(dá)標(biāo)，再仔細(xì)觀察熱電偶是否腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致誤差存在。對(duì)于貼片型熱電偶的計(jì)量，有時(shí)將其置于溫度場(chǎng)內(nèi)可能出現(xiàn)斷路無(wú)法讀數(shù)的情況。此時(shí)需要給貼片熱電偶施加一定的壓力讓兩電極緊密的貼合在一起才可正常計(jì)量校準(zhǔn)。
3總結(jié)
　　熱電偶具有測(cè)量范團(tuán)廣，精度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)城中。然而在使用熱電偶過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)量誤差的出現(xiàn)。在計(jì)量校準(zhǔn)熱電偶過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題井提出相應(yīng)的解決方案，選擇正確型號(hào)的熱電偶及掌握正確使用方法，盡可能的降低測(cè)量誤差。
　　在平時(shí)的使用過(guò)程中需要注意選擇熱電偶的絕緣層材質(zhì)，在平時(shí)不用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫時(shí)，需要注意保養(yǎng)熱電偶。熱電偶屬于耗材，合理的使用和保養(yǎng)