短型貴金屬熱電偶檢定方法的探究

摘要:簡述現(xiàn)行短型貴金屬熱電偶的檢定方法。經(jīng)過理論分析并結(jié)合現(xiàn)有檢定設(shè)備狀況,采用加接補償導(dǎo)線的方法對短型貴金屬熱電偶進行檢定,并論述了該方法的原理。
1前言
　　熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,它直接測量溫度,并把溫度信號轉(zhuǎn)換成熱電動勢信號,通過電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成,和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。
1.1工作原理
　　貴金屬熱電偶(以下簡稱熱電偶)是由兩種不同的貴金屬導(dǎo)體基于塞貝克效應(yīng)制成的熱電溫度計。兩種不同的貴金屬導(dǎo)體稱為熱電偶的兩個電極，通常兩個電極的一端焊接在一起形成一個接點,測溫時放置于被測溫場中,另一端測溫時要求放于某一恒定溫場中。故焊接端稱為測量端,另--端稱為參考端"。
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀描述及相關(guān)論文文獻綜述
　　現(xiàn)在檢定或校準長型熱電偶的技術(shù)比較成熟,而對于短型熱電偶的檢定或校準,還存在不少問題。近年來，隨著短型熱電偶在航空航天、鋼鐵石油化工等行業(yè)廣泛使用,對于這類熱電偶的檢定和校準技術(shù)提出了迫切要求。我國計量部門以及一些科研院所針對短型熱電偶校準的技術(shù)特點，開展了一些理論和實踐研.究,取得可喜的研究成果。短型熱電偶的校準方法根據(jù)校準所選用的溫度源可分為臥式檢定爐法、干井爐法、小型固定點法和黑體空腔法吧。
(1)臥式檢定爐法。用臥式檢定爐檢定短型熱電偶的原理和方法與長型熱電偶的檢定方法.相似。相對而言,這種檢定技術(shù)比較成熟。我國已有工作用鉑銠10-鉑(鉑銠13-鉑)短型熱電偶檢定規(guī)程[3],適用的測量溫度范圍為(300~1300)℃,長度為(200~700)mm。
(2)干井爐法。對于長度小于200mm的短型熱電偶,國內(nèi)還沒有定型的檢定技術(shù),缺乏可靠的檢定裝置。只有個別單位試用干井爐檢定K型航空發(fā)動機專用短型熱電偶，取得了令人滿意的結(jié)果。此方法是一種具有很好應(yīng)用前景的校準技術(shù)，關(guān)鍵是要有一臺滿足技術(shù)指標要求的干井爐。
(3)小型固定點法。美國福祿克公司研制了新一代小型固定點裝置[4],不僅可以采用凝固技術(shù)復(fù)現(xiàn)固定點，也可以采用熔化技術(shù)復(fù)現(xiàn)固定點。此裝置可用于校準各種短型熱電偶,不需要標準溫度計。
(4)黑體空腔法。此法已應(yīng)用于長型高溫?zé)犭娕嫉臋z定，在中低溫范圍用黑體空腔校準短型熱電偶。其標準溫度計采用輻射溫度計而不用熱電偶，避免了標準熱電偶插人深度對校準精度的影響。
1.3項目現(xiàn)狀描述及意義說明
　　工作用熱電偶一般分為廉金屬熱電偶和貴金屬熱電偶，現(xiàn)在無法檢定的短型熱電偶主要為鉑銠10-鉑(S型)的貴金屬熱電偶。這些熱電偶的長度為230mm左右,主要集中在化驗室的設(shè)備上。該熱電偶長期最高使用溫度為1300℃，短期最高使用溫度為1600℃。在熱電偶系列中具有精度最高,穩(wěn)定性最好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長等優(yōu)點。它的物理、化學(xué)性能良好,熱電勢穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中。
　　根據(jù)現(xiàn)有檢定方法及檢定室現(xiàn)有設(shè)備,僅能采取臥式檢定爐法進行校準工作?？赏ㄟ^合理利用設(shè)備及校準方法的適當(dāng)改進開展此項工作。開展此項目檢定后,能夠保證各化驗室所使用的貴金屬熱電偶檢定結(jié)果的正確性和可靠性,大大縮短檢定時間,節(jié)約檢定成本,方法簡便實用,滿足工作需要。
2試驗材料和試驗方法
2.1試驗材料
以鉑銠10-鉑(S)熱電偶為試驗對象。.
2.2試驗設(shè)備及標準器
2.2.1熱電偶退火裝置
2.2.2臥式熱電偶檢定爐(L=:300mm)
2.2.3熱電偶檢定裝置
2.2.41等、2等標準鉑銠10-鉑熱電偶
2.3試驗步驟及方法
2.3.1試驗前的準備工作
(1)短型S偶的清洗
　　將熱電偶卷成圓圈，放人30%~50%化學(xué)純的鹽酸溶液中煮沸15min,取出后用蒸餾水煮沸數(shù)次，直至清除酸性。
(2)短型S偶的退火
　　將清洗后的熱電偶懸掛在退火裝置內(nèi)的電極鉤上,通人10.5A的電流,退火Ih,退火時兩電極夾角應(yīng)在30°左右。
(3)捆扎
用鉑絲將標準和被檢熱電偶捆扎成束,使被檢和標準熱電偶的測量端處于同一垂直平面。
(4)裝爐
　　將捆扎好的熱電偶束置于臥式熱電偶檢定爐中心,測量端應(yīng)處于檢定爐均勻溫場的中心。
2.3.2示值校準
　　采用雙極比較法。將長度為1000mm的II級S型熱電偶在上--級計量檢定單位出具的證書值作為此次試驗的原始數(shù)據(jù)，然后將其截取至230mm左右作為被校熱電偶。將其參考端與延長用的同一類型的偶絲一端平行重疊，重疊部分約10mm,連接在--起用銅絲扎緊,熱電偶的參考端與測量導(dǎo)線一端應(yīng)有良好接觸。連接完畢后進行示值的再次測量，每支測量次數(shù)應(yīng)不少于2次。為保證數(shù)據(jù)的可參考性,共進行了重復(fù)3組測量,測量數(shù)據(jù)見表1。
 
 
3試驗結(jié)果
　　(0~600)℃時熱電偶的允許誤差為±1.5℃;(600~1600)℃時熱電偶的允許誤差為±0.25℃。在檢定點660.323℃和1084.62℃時的允許誤差為1.6℃和2.7℃,三次測量結(jié)果均在允許誤差范圍內(nèi)。
4試驗結(jié)果分析
(1)由于熱電偶本身長度較短，在裝人管式檢定爐后,其參考端距爐口較近,雖然用高鋁棉封口,但爐內(nèi)熱量仍有散出,通過對流的方式,勢必使參考端溫度升高。并且熱量還可通過偶絲以熱傳導(dǎo)的方式進行，也加劇了熱電偶參考端的溫升。使用的一等標準電偶證書值及熱電偶分度表都是在參考端為0℃時給出的,檢定時,如果參考端溫度未處于0℃，必須進行參考端溫度修正,參考端溫度變化勢必影響測量結(jié)果。
(2)補償導(dǎo)線的選取。進行短型貴金屬熱電偶的檢定時,要選用同一型號的補償導(dǎo)線,并注意極性相符以。補償導(dǎo)線與被檢熱電偶的長度之和要在700mm以上。由它們來做熱電偶的延伸線,這就意味著將熱電偶進行了加長處理,且不致影響熱電偶的輸出熱電動勢值。
(3)在檢定過程中，應(yīng)避免檢定室內(nèi)溫度波動而對參考端的溫度值采集產(chǎn)生影響。
(4)熱電偶與補償導(dǎo)線要連接充分，如接觸不良一定會造成測量結(jié)果的不正確。
5結(jié)論
　　通過以上試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，帶補償導(dǎo)線檢定熱電偶，補償導(dǎo)線與被檢偶的接點溫度對檢定結(jié)果有--定的影響，但s偶未截斷前和截斷后加接補償導(dǎo)線所測得的熱電偶示值誤差均在允許誤差范圍內(nèi)，因此加接補償導(dǎo)線進行短型貴金屬熱電偶檢定在目前現(xiàn)有設(shè)備的條件下是可以進行的。