熱電偶計量誤差是主要因素

　　熱電偶作為溫度采集模塊的應用原理，其在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中擁有廣泛的市場與需求，但在其計量問題上，出現(xiàn)了誤差，對此聚英電子總結(jié)了熱電偶計量誤差主要因素。

　　熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應,即兩種不同成分的導體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。熱電偶由兩根不同導線(熱電極)組成，其一端是互相焊接的，形成熱電偶的測量端(也稱工作端)。將其插入待測溫度的介質(zhì)中;而熱電偶的另一端 (參比端或自由端)則與顯示儀表相連。如果熱電偶的測量端與參比端存在溫度差，則顯示儀表將指出熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢。

　　冷端溫度補償器

　　熱電阻是利用金屬導體或半導體有溫度變化時，本身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的，熱電阻的受熱部分(感溫元件)是用細金屬絲均勻地繞在絕緣材料做成的骨架上，或通過激光濺射工藝在基片形成。當被測介質(zhì)有溫度梯度時，則所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)層的平均溫度。

　　熱電偶計量誤差主要因素：

　　1.熱電偶熱電特性不穩(wěn)定所引起的誤差

　　熱電偶溫度計經(jīng)過一段時間使用，受其使用的環(huán)境影響，其本身的熱電性能將會產(chǎn)生一定的變化，則該熱電偶溫度計計量得到的溫度與真實溫度有一定的偏離。影響熱電偶穩(wěn)定性的主要因素有：

　　(1)被測物對熱電偶電極的污染和腐蝕;

　　(2)熱電極受外力作用而產(chǎn)生的變形所引起的形變應力;

　　(3)感溫電極在高溫下微觀結(jié)構(gòu)晶粒發(fā)生變化;

　　(4)熱電極受暴露在空氣中發(fā)生氧化等。

　　2.熱電偶不均勻性的影響

　　熱電偶的均勻性是指熱電偶熱電極材料的均勻程度。如果熱電偶中的兩個熱電極材料是均勻的，則熱電偶回路產(chǎn)生的熱電勢和兩端溫度差呈正相關，而與沿熱電極長度的溫度梯度無關。

　　3.測量溫度點的選擇

　　選擇合適的測溫點時安裝熱電偶時十分重要的考慮因素，選擇具有代表性的測溫點，對于整個生產(chǎn)環(huán)境具有特殊的意義。位置選擇不當，則控制和計量將毫無意義。在測量點，熱電偶插入的深度也對溫度測量產(chǎn)生影響，當外部環(huán)境和被測物溫度存在溫度差時，熱電偶上測量的溫度會隨著傳感器的延長而與外界環(huán)境產(chǎn)生熱交換，繼而帶來計量誤差。由于環(huán)境溫度千變?nèi)f化，這種溫度誤差是不可估量的。除了由于插入深淺發(fā)生熱傳導引入的誤差以外，熱電偶外部保護管材質(zhì)也會引入測量誤差。例如金屬材質(zhì)的保護管，其導熱性能較好，因此在測量過程中需要將其插入更深以避免熱量損失。對于陶瓷材質(zhì)的保護管，則需要將其插入淺一些。

　　4.響應時間的影響

　　只有被測對象和測溫元件溫度一致時，測溫元件的溫度才能穩(wěn)定，此時二者達到熱平衡，這是接觸法測溫的基本原理。被測對象和測溫元件溫度達到一致需要一定時間來實現(xiàn)，該時間的長短，主要由測溫元件的熱響應性能決定，即熱響應時間。熱響應時間受傳感器的結(jié)構(gòu)和計量條件影響，通過實驗，不同條件下的響應時間差別很大。靜止的氣態(tài)介質(zhì)，兩者需要持續(xù)接觸30分鐘以上才能達到溫度平衡，如靜態(tài)的液體，溫度平衡時間將縮短到5分鐘。

　　在實際工程應用中，被測對象的溫度經(jīng)常是處于不斷變化的狀態(tài)，瞬間變化的時間很短，因此對傳感器的要求也相對較高，一般要求其響應能力為ms級別。如響應能力不足，則出現(xiàn)測量滯后現(xiàn)象。因此選擇傳感器要選擇響應速度快的。計量端直徑是影響響應速度的重要因素。如果偶絲較細，則響應時間較短。

　　5.熱輻射的影響

　　當用熱電偶測量爐中溫度時，爐內(nèi)高溫物體對熱電偶的熱輻射，會引起熱電偶溫度升高。如果爐內(nèi)的氣體假定為透明的，熱電偶和爐壁之間的溫差比較大時，那么能量交換之后也會帶來測溫方面的誤差。增加熱傳導能夠有效地降低這部分誤差，讓爐壁的溫度和熱電偶溫度接近。

　　6.熱阻抗增加的影響

　　當熱電偶處于高溫的工況環(huán)境下，氣態(tài)被測介質(zhì)會將保護管表層灰塵燒熔，引起保護管熱阻抗增加。如果介質(zhì)是熔體，那么在操作中會出現(xiàn)爐渣會增加熱電偶響應時間，指示溫度方面會變低。因此定期檢查或不定時地抽檢熱電偶的工作狀態(tài)，能夠及時地發(fā)現(xiàn)熱電偶產(chǎn)生的異常，減少測量誤差。

　　7.熱電偶絲不均質(zhì)引起誤差

　　根據(jù)上述測量原理，當熱電偶的偶絲均質(zhì)時，根據(jù)均質(zhì)回路定則，長度對計量的結(jié)果沒有影響。而實際情況是，廠家在進行偶絲生產(chǎn)時，通常會因為溫度等原因，導致偶絲粗細不均，呈竹節(jié)狀，甚至出現(xiàn)嚴重的打卷現(xiàn)象。另外在后期的加工中會出現(xiàn)其他問題，對熱電偶進行的反復加工，會讓熱電偶出現(xiàn)畸變從而失去均質(zhì)。在進行測溫工作時，很多偶絲位于高溫區(qū)，如果不具備均值性，且環(huán)境溫度變化，那么熱電偶局部就會出現(xiàn)寄生熱電動勢，從而引入誤差。

　　從熱電偶的基本工作原理、具體的使用方法和生產(chǎn)制作過程中存在的問題等方面進行深入分析，得到了熱電偶溫度計量產(chǎn)生誤差的主要原因，在熱電偶的制作和使用中，傳感器插入位置與深淺、熱電偶對溫度的響應時間、環(huán)境對熱電偶的熱輻射、熱阻抗改變、熱電偶絲不均質(zhì)等都是產(chǎn)生計量誤差的主要因素，因此提升溫度計量的準確度要從上述因素中減小和避免。總之，分析熱電偶溫度計量的誤差原因，對實際工程應用具有一定的指導意義，同時，也是物聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)前進的動力。