熱電偶靜態(tài)測(cè)溫誤差和動(dòng)態(tài)響應(yīng)

[摘要]熱電偶在應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)性的誤差,在測(cè)量中如果采用遮熱套和抽氣裝置可以降低其誤差的幅度，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn),誤差的動(dòng)態(tài)相應(yīng)與抽氣逸度有關(guān),所以采用帶有遮熱套和抽氣.裝置的熱電偶精度較高。
一.熱電偶測(cè)量誤差的產(chǎn)生
1.測(cè)量操作的影響
　　測(cè)量中熱電偶的插入點(diǎn)選擇會(huì)影響其測(cè)量的準(zhǔn)確性.生產(chǎn)工藝的差異會(huì)導(dǎo)致其測(cè)量對(duì)象溫度改規(guī)律不同.而測(cè)溫點(diǎn)應(yīng)在恰當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行測(cè)量才能保證測(cè)量的精度.測(cè)溫元件熱電偶應(yīng)安裝在測(cè)量值最能代表介質(zhì)溫度的位置.在半導(dǎo)體生產(chǎn)中，對(duì)高溫氧化設(shè)備溫度的測(cè)量就不能將其放置在容易產(chǎn)生振動(dòng)的位置其次插入的深度也會(huì)影響測(cè)量.熱電偶插人介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)就會(huì)影響傳感器上的熱量交換.進(jìn)而影響測(cè)量的溫度.這樣引起的熱傳導(dǎo)誤差.與插入介質(zhì)的深度有直接關(guān)系.而插人深度與保護(hù)管材的介質(zhì)有直接關(guān)系如果保護(hù)管的材料運(yùn)行可以插入的深一些。
2.響應(yīng)時(shí)間的干擾
　　熱電偶測(cè)量是一種非接觸的測(cè)量方式，其原理是測(cè)溫元件要與被測(cè)對(duì)象的熱平衡一致.所以在測(cè)量上需要一定的時(shí)問(wèn)，才能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。而生產(chǎn)中溫度的改變是不可避免的.此時(shí)溫度的改變可能在瞬間完成.所以就要求傳感器的相應(yīng)時(shí)間必須是毫秒級(jí)別，所以普通的溫度傳感器是不能用于對(duì)溫度改變的對(duì)象的測(cè)量.因?yàn)槠淙菀自跍囟雀淖儠r(shí)出現(xiàn)滯后.所以不能保證測(cè)量的精度最好的方式就是選擇快速傳感器.對(duì)熱電偶而言除了包含管影響外.熱電偶測(cè)最端的古徑也會(huì)影響測(cè)量效果.越細(xì)則效果越好響應(yīng)時(shí)間也就越短:
3.熱量輻射的干擾
　　在測(cè)溫中介質(zhì)因?yàn)楦邷貢?huì)產(chǎn)生輻射,這樣的輻射對(duì)熱電偶血言公起到加熱的效果,假定測(cè)量介質(zhì)是透明的.而熱屯偶勺容器的溫差較大此時(shí)就會(huì)囚為能量的交換而導(dǎo)致測(cè)呈溫度的失準(zhǔn).
二.熱電偶靜態(tài)誤差模型與其應(yīng)用
1.影響因素分析
　　綜合的分析來(lái)看,裸裝熱電偶受環(huán)境高,低溫?zé)嵩摧椛浜晚憫?yīng)時(shí)間干擾的影響.很難獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。所以用于半導(dǎo)體行業(yè)擴(kuò)散氧化設(shè)備的熱電偶.由于增加了遮熱套和防止高溫氣流波動(dòng)影響的石英套管.測(cè)量過(guò)程中誤差很小.測(cè)量精度比較高，但裸裝熱電偶用來(lái)直接測(cè)量氣體溫度時(shí)的誤差較大.加裝遮熱套后可以顯著的降低測(cè)量溫度的誤差增加.但是仍不能利用假設(shè)條件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量的需求;同時(shí)增加對(duì)熱傳系數(shù)可以有效的改變誤差的程度.提高精度:且增加抽氣的速度或者賊少遮熱套的管徑都可以有效的增加熱流換熱系數(shù).在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中.管徑對(duì)測(cè)量誤差的影響較為敏感。所以通常利用增加抽氣速度的方式來(lái)提高校正或者測(cè)試精度.再有管套的黑度對(duì)測(cè)量誤差的出現(xiàn)影響較小.材料選擇是可以不參考黑度的問(wèn)題。測(cè)量誤差的模型建立是一個(gè)氣流溫度的增函數(shù).校正高溫氣體中裸偶溫度的時(shí)候利用高速抽氣可以提高精度;裸偶測(cè)控的情況.減少裸偶黑度、表面光潔度、增強(qiáng)保溫效果等也可降低誤差、帶有熱電偶高速抽氣裝置時(shí).測(cè)試部，位保溫對(duì)共影響也不大.可以不要采用保溫來(lái)提高精度.
2.熱電偶動(dòng)態(tài)模型建立
　　在生產(chǎn)過(guò)程中要測(cè)量溫度改變.就會(huì)產(chǎn)生溫度波動(dòng)。當(dāng)氣流出現(xiàn)溫度改變的時(shí)候.在氣流中心的熱電偶測(cè)量頭回出觀滯后的情況.溫度讀出會(huì)滯后與溫度的變化速度.熱電偶遮熱套的溫度也會(huì)改變:此時(shí)需費(fèi)利用熱電偶和遮熱套的畢渥準(zhǔn)數(shù)滿足相關(guān)集總參數(shù)分析方法。將集總參數(shù)的研究方式代入到影響過(guò)程中的熱電偶測(cè)頭和遮熱套就會(huì)獲得能量守征的方程。其大小會(huì)受到熱電偶和遮熱套的密度、休積.熱比.血積等相關(guān)。
　　在抽氣熱也偶的工作中.溫度波動(dòng)會(huì)相對(duì)降低.基于微積分理論川以設(shè)熱電偶測(cè)頭對(duì)遮熱臺(tái)的熱輻射、遮熱套對(duì)測(cè)點(diǎn)內(nèi)表面的輻射至于其溫度成一個(gè)線性的關(guān)系。這個(gè)線性關(guān)系分別與熱電偶測(cè)頭利隔熱套的時(shí)間常數(shù).其人小表示這些參數(shù)對(duì)氣流的溫度變化影響最為直接.響應(yīng)結(jié)束后熱電偶溫度和遮熱食的溫度即可利用相關(guān)方程水出。
三.相關(guān)應(yīng)用分析
　　首先.要提高熱電偶的檢測(cè)準(zhǔn)確性，就要選擇優(yōu)質(zhì)的熱電偶。就要控制熱電偶的劣化問(wèn)題:因?yàn)闊犭娕嫉氖褂脡勖３Ｅc劣化有直接關(guān)系,而劣化就是在使用- .段時(shí)間后出現(xiàn)的老化現(xiàn)象c因?yàn)榻饘俸秃辖鹬谱鞯臒犭娕纪ǔ?huì)在高溫下出現(xiàn)分子空原增加的情況，同時(shí)合金中會(huì)存在大量的雜質(zhì).其形狀也會(huì)因?yàn)闇囟榷淖儯車(chē)h(huán)境中的氧化氣體會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響而出現(xiàn)反應(yīng):所以在使用中熱電偶的敏感程度會(huì)在長(zhǎng)時(shí)間的使用后而出現(xiàn)誤差.這時(shí)不可避免的,所以應(yīng)及時(shí)的檢測(cè)并進(jìn)行更換，才能保證測(cè)量的精度。
　　其次,要關(guān)注熱電偶的使用壽命:在出現(xiàn)劣化的時(shí)候.其不是一個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn), 而是一個(gè)變化過(guò)程.隨著時(shí)間和和環(huán)境差異而持續(xù)出現(xiàn)。隨意應(yīng)注意其改變而加以控制。不同的形式會(huì)出現(xiàn)不同的壽命極限如裝配式熱電偶,其通常配有保護(hù)管。所以在多數(shù)的測(cè)量場(chǎng)合下保護(hù)管會(huì)決定熱電偶的使用壽命。對(duì)熱電偶而言.要掌握其壽命規(guī)律必須在不同的應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累，才能獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù):再如:鎧裝熱電偶.在使用中因?yàn)殒z裝的質(zhì)量而影響壽命.同時(shí)其在測(cè)量中容易出現(xiàn)分流誤差,通常K型要比s型更容易出現(xiàn)分流誤差:同時(shí)在材質(zhì)選定后.鎧裝熱電偶的直徑越大其壽命也越長(zhǎng).這些都是在應(yīng)用中需要注意的。同時(shí)飽裝熱電偶同裝配式熱屯偶相比.雖有許多優(yōu)點(diǎn).但使用壽命往往低于裝配式熱電偶.
四.結(jié)束語(yǔ)
　　熱電偶在應(yīng)用中會(huì)因?yàn)閷?duì)氣沉速度與溫度的改變而出現(xiàn)測(cè)量上的滯后.由此出現(xiàn)誤差.導(dǎo)致在生產(chǎn)中出現(xiàn)控制失誤，而在研究中發(fā)現(xiàn)熱電偶的誤差與共測(cè)量的相對(duì)穩(wěn)定性有關(guān).外對(duì)誤差與動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究中.發(fā)現(xiàn)利用遮熱套和抽氣方式可以降低其誤差.所以在實(shí)際生產(chǎn)中可以選擇重要工藝點(diǎn)來(lái)使用此類(lèi)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)精細(xì)控制.