論補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)熱電偶檢測(cè)結(jié)果的影響

摘要:主要論述了長(zhǎng)型熱電偶(大于750mm)和短型熱電偶(小于或等于750mm)在周期檢定過程中的不同之處。如果兩者都用常規(guī)的接線方法進(jìn)行檢定,結(jié)果會(huì)發(fā)現(xiàn)短型熱電偶比長(zhǎng)型熱電偶的修正值偏大，從而導(dǎo)致短型熱電偶合格率降低。為了在計(jì)量測(cè)試中保證檢測(cè)質(zhì)量,提高檢定精度，采用244-03型智能熱工儀表裝置對(duì)短型和長(zhǎng)型熱電偶進(jìn)行了反復(fù)測(cè)試、對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)短型熱電偶在檢測(cè)和工業(yè)計(jì)量測(cè)試中必須加接相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線,這樣才能保證檢測(cè)和測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。補(bǔ)償導(dǎo)線用于短型熱電偶的檢定和測(cè)試工作已經(jīng)在中原油田很多單位得到了應(yīng)用。
1問題的提出
　　1997年初單位配備了一套智能熱工儀表檢定裝置,對(duì)二等鉑銠10鉑熱電偶"標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行了重新建標(biāo)。該裝置具有采集與處理自動(dòng)完成控溫精度高、檢定效率高等優(yōu)點(diǎn)。但是在對(duì)一大批廉金屬熱電偶進(jìn)行周期檢定時(shí),按常規(guī)的接線方法檢定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)同一型號(hào)的熱電偶短型熱電偶比長(zhǎng)型熱電偶合格率低。針對(duì)這一問題,對(duì)熱電偶的接線方法進(jìn)行了分析并加以改進(jìn)。
2理論分析
　　自從塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電效應(yīng)以來,熱電偶已經(jīng)成為目前溫度測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的感溫元件之一,它具有測(cè)溫范圍廣、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單熱慣性小動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、信號(hào)能夠遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理如下:由兩種不同金屬或合金組成如圖1所示的閉合回路,是最簡(jiǎn)單的熱電偶回路，這兩種不同金屬或合金的組合就稱為熱電偶。
 
　　實(shí)際測(cè)溫中的熱電偶回路如圖2所示。A、B稱為熱電極。它們的一端通常焊接在一起形成接點(diǎn)1,稱為測(cè)量端(I作端或熱端)。而另一端接點(diǎn)2稱為參考端(自由端或冷端)。測(cè)溫時(shí),將熱電偶的測(cè)量裝置置于被測(cè)溫場(chǎng)中,其參考端恒定在某一溫度下(通常0℃),然后通過連接導(dǎo)線與測(cè)量?jī)x表相連。由于熱電偶兩端所處的溫度不同,在熱電偶回路中就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生,用測(cè)量?jī)x表測(cè)得電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值后,便可以知道相應(yīng)的溫度或者直接由測(cè)量?jī)x表指示出溫度。
　　二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶證書值及熱電偶分度表[31都是在參考端為0℃時(shí)給出的,故檢定時(shí)參考端溫度未處于0℃,必須進(jìn)行參考端溫度修正。根據(jù)熱電偶溫差測(cè)溫工作原理可得修正公式為：
E(t,t0)=E(t,t1)+E(t1,t0)
式中，E一熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì);
t一熱電偶的測(cè)量端溫度;
t0一熱電偶的參考端溫度0℃;
t1一檢定熱電偶的參考端所處的溫度。
　　從該式可以得知，熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)與熱電偶.測(cè)量端和參考端的溫度有關(guān)。熱電偶測(cè)量端處于爐中心的同一平面內(nèi),微機(jī)采集的溫度t就是電偶本身測(cè)量端的溫度,它不受電偶長(zhǎng)短的影響。而參考端溫度1則不一樣,短型熱電偶裝入管式爐后,其參考端距離爐口較近,即使用高鋁棉封口，爐內(nèi)仍有熱量散出,通過對(duì)流方式使參考端溫度升高。另外由于短.型熱電偶長(zhǎng)度短,熱量通過偶絲傳導(dǎo)也加劇了參考端的溫升。在實(shí)際檢定過程中,熱電偶參考端溫度一般在40~80℃,修正項(xiàng)E(t1,t0)應(yīng)為電偶在此溫度下的熱電動(dòng)勢(shì)值。然而現(xiàn)有的檢定裝置進(jìn)行參考端溫度修正時(shí),采用SWC數(shù)字式集成溫度傳感器AD590為測(cè)溫元件,以參考端周圍空氣溫度(即穩(wěn)定室溫)進(jìn)行修正,微機(jī)處理時(shí)仍將室溫下的修正值E(t1,t0)帶入公式進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)闇囟扔衅?導(dǎo)致E'(t1,t0)<E(t1,t0)。即代入公式進(jìn)行運(yùn)算的修正值小于實(shí)際值。所以修正后熱電勢(shì)值E'(t1,t0)<E(t1,t0)。而長(zhǎng)型熱電偶的參考端離檢定爐口較遠(yuǎn),穩(wěn)定室溫與參考端實(shí)際溫度相同,這樣修正后熱電動(dòng)勢(shì)值就是真值,即E'(t1,t0)=E(t1,t0)。對(duì)于短型熱電偶在檢定過程中，在其參考端接上相應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線,見圖3。
 
　　這種補(bǔ)償導(dǎo)線由兩根不同材質(zhì)的廉價(jià)金屬絲組成,且在較低的一定溫度范圍內(nèi)(0~100℃)和所連接的熱電偶具有相同的熱電性能。用它來做短型熱電偶的延長(zhǎng)導(dǎo)線,就意味著將熱電偶進(jìn)行了廉價(jià)的加長(zhǎng)處理，又不影響熱電偶輸出的熱電動(dòng)勢(shì)值。經(jīng)過上述加接補(bǔ)償導(dǎo)線的短型熱電偶與長(zhǎng)型熱電偶檢定后的數(shù)據(jù)一樣真實(shí)可靠。
3試驗(yàn)分析
　　采用一只二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶,在現(xiàn)有的ZRJ-03型智能熱工儀表檢定裝置進(jìn)行一批熱電偶的周期檢定,被檢K型熱電偶在使用和不使用補(bǔ)償導(dǎo)線的檢測(cè)數(shù)據(jù)見表1、表2。
 
 
　　從表1、表2可看出:未使用補(bǔ)償導(dǎo)線的情況下,長(zhǎng)型熱電偶比短型熱電偶示值結(jié)果誤差小,長(zhǎng)型熱電偶比短型熱電偶合格率高。使用補(bǔ)償導(dǎo)線的情況下,長(zhǎng)型熱電偶的示值誤差基本不變,而短型熱電偶的示值誤差有較大變化,致使原來不合格的熱電偶變成合格了,提高了檢定合格率。從試驗(yàn)結(jié)果分析，長(zhǎng)型熱電偶在檢定過程中不用接補(bǔ)償導(dǎo)線,短型熱電偶必須在檢定時(shí)加接補(bǔ)償導(dǎo)線。另外表1表2的數(shù)據(jù)顯示,對(duì)短型熱電偶所采集的熱電動(dòng)勢(shì)值經(jīng)修正處理后全部低于實(shí)際值,經(jīng)微機(jī)處理的結(jié)果是負(fù)誤差，這與理論分析得出的E'(t,t0)<E(t,t0)完全吻合。在短型熱電偶的檢定過程中，參考端加接相應(yīng)的補(bǔ)償導(dǎo)線,在其與熱電偶冷端接點(diǎn)處的溫度不超出0~100℃范圍,完全可以看作將原熱電偶加長(zhǎng),補(bǔ)償導(dǎo)線末端成為新的參考端,距離檢定爐口和工作端均較遠(yuǎn),有效的防止了參考端溫升引起的檢定誤差。在這種情況下,由現(xiàn)有檢定裝置的參考端溫度測(cè)量方式進(jìn)行補(bǔ)償是可行、有效的。
4結(jié)論
　　短型熱電偶在檢定過程中和實(shí)際使用時(shí)應(yīng)加接一定長(zhǎng)度的補(bǔ)償導(dǎo)線,減少測(cè)量誤差,獲得準(zhǔn)確的溫度參數(shù),進(jìn)行科學(xué)的溫度控制。檢定過程中使用補(bǔ)償導(dǎo)線要注意以下幾點(diǎn):
(1)各種補(bǔ)償導(dǎo)線只能與相應(yīng)型號(hào)的熱電偶配.用;
(2)各種補(bǔ)償導(dǎo)線有正負(fù)極之分,使用中極性.不能接錯(cuò);
(3)待檢熱電偶長(zhǎng)度不小于380mm,加接補(bǔ)償導(dǎo)線后總長(zhǎng)度不小于750mm;
(4)熱電偶與補(bǔ)償導(dǎo)線接點(diǎn)處的溫度應(yīng)在0~100℃范圍內(nèi);
(5)使用的補(bǔ)償導(dǎo)線必須是檢定合格,僅限于檢定工作II級(jí)允差的熱電偶;
(6)避免室內(nèi)溫度波動(dòng)對(duì)參考端的溫度值采集產(chǎn)生影響。