熱電偶計量校準中的技術問題

摘要:熱電偶溫度計因其測溫正確性高，響應速度快等優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)領域。常見的熱電偶類型有K型、T型、E型、S型等。對于不同類型的熱電偶有不同的適用場景和測溫范圍。主要闡述在實際計量校準過程中遇到的一些技術問題，諸如對熱電偶外殼絕緣層的選擇，熱電偶的養(yǎng)護，正確的接線，盡可能提高其使用壽命，提高測溫正確性等。對于熱電偶如何選擇，在平時的工作中如何規(guī)范使用，在計量校準過程中需要注意的事項，盡可能減小測量誤差等問題進行分析與探討。
0引言
　　熱電偶是由兩種不同材料的導體成為兩個電極,將其兩個電極一端焊接在-起形成測量端，在進行測溫時放置于被測溫度場中，另一端為參考端，測量時置于恒定溫場中。基于塞貝克效應，利用溫度與熱電動勢的線性關系進行測溫。常用的熱電偶有K型(鎳鉻-鎳硅)、T型(銅-鎳銅)、E型(鎳鉻-銅鎳)等熱電偶具有測溫范圍廣，響應速度快等優(yōu)點，被廣泛應用于工業(yè)領域。在250°C以下及負溫建議使用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)常用于供電等領域。在1000°C以下建議使用K型熱電偶，K型熱電偶測溫范圍廣,應用廣泛，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，外殼絕緣層材質的選擇以及熱電偶粗細的選擇。對于補償導線的正確使用方法及注意事項。熱電偶布放位置.的考量以及熱電偶作為耗材在平時需要注意養(yǎng)護的問題。熱電偶在計量校準過程中遇到的一些技術問題以及提出相應的解決辦法。
1計量和使用熱電偶出現(xiàn)的問題
1.1熱電偶外殼絕緣層的材質
　　熱電偶在測溫時，除測量端外，熱電極之間和連接導線之間要求有良好的電絕緣，否則會出現(xiàn)熱電勢.損耗而產生測量誤差。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。溫度過高會導致絕緣層熔化。在使用過程中并沒有注意到絕緣層材質對溫度范圍有嚴苛要求,導致熱電偶使用一次便不能再次測量了，造成了一定程度的損耗。對于棉線材質的熱電偶，其可以耐高溫至一千多度，可用于箱式電阻爐等設備的測溫儀器，亦可作計量電阻爐的標準器。但經(jīng)歷過高溫后，外層棉線也會損耗，因此測量高溫段的熱電偶是耗材，很難進行二次使用。
1.2補償導線
　　在《JJF 1637-2017廉金屬熱電偶校準規(guī)范》里有提到補償導線的相關內容。補償導線用于延伸熱電極即移動熱電偶的冷端，與顯示儀表聯(lián)接構成測溫系.統(tǒng)。補償導線是在--定溫度范圍內熱電偶的廉價替代,且不同的熱電偶類型匹配不同的補償導線。接線方式也非常重要，如果接反熱電偶的補償導線，則會出現(xiàn)測量誤差。
1.3熱電偶的選擇問題
　　對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會存在誤區(qū)，認為K型熱電偶是萬能的，測量正確性也是最高的，其實不然，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。對于K型熱電偶，也會有粗細之分，測量箱式電阻爐等大于600°C的儀器設備時,需要較粗的熱電偶絲，溫度不是很高時，選擇較細的熱電偶絲即可。在選擇熱電偶粗細時也會出現(xiàn)問題，導致使用一次就失效的情況。
1.4熱電偶的布放位置問題10.8.93
　　首先需要考慮安裝熱電偶時周圍是否有強電場及強磁場。有時會出現(xiàn)誤操作，諸如將熱電偶和動力電纜裝在同一根導管內，這將影響測量正確性。且盡可能不要布放在強腐蝕環(huán)境下，積灰積垢，生銹腐蝕等問題會縮短熱電偶使用壽命。對于貼片型熱電偶，若布放不恰當，會導致讀不出數(shù)等問題。
1. 5計量校準熱電偶時的技術問題
　　在計量校準熱電偶的過程中，有時會出現(xiàn)讀數(shù)漂移的情況，數(shù)據(jù)不太穩(wěn)定，上下浮動大。若熱電偶與數(shù)字溫度表匹配計量校準，則比較穩(wěn)定，測量熱電動勢則會比較不穩(wěn)定。對于計量校準過程中出現(xiàn)的測量誤差，需要綜合考慮多方面因素，比如操作人員是否操作得當，被測溫度環(huán)境是否符合要求等等。
2對熱電偶計量和使用提出相應的解決方案
2.1注意熱電偶絕緣層的選擇
　　熱電偶屬于耗材，在平時使用不當會容易損耗,降低使用頻次。不論在計量校準過程中，還是平時的使用過程中，首先需要確定被測的溫度范圍，選用合適型號的熱電偶及選用正確的絕緣層材質。對于測量高溫(大于200°C)時，硅膠材料,橡膠材料的絕緣層已.經(jīng)不再合適,而是應該選擇玻璃纖維,棉線等的材質。.
2.2熱電偶平時的保養(yǎng)
　　另外熱電偶平時的保養(yǎng)也非常重要。在不用熱電偶測溫時,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，不可隨意彎折，應該繞圈放置。將熱電偶線分為三大組,編成麻花狀，熱電偶線長度5米，且平時很少使用，.幾乎一年使用一次。且將熱電偶在不用的時候放置于高濕度的環(huán)境下。在筆者計量校準的過程中，約150°C時，外部絕緣層已經(jīng)變色且脫落，內部熱電偶絲暴露于環(huán)境中，且因長時間不用導致金屬絲變脆，遇到高溫出現(xiàn)斷裂。
　　因此熱電偶的保養(yǎng)是非常關鍵的，在不用的時候要將其合理安置，避免出現(xiàn)長時間不用絕緣層，兩電極損壞的情況。
2.3補償導線的正確使用
　　對于不同種類型的熱電偶需要匹配不同種的補償導線，若補償導線選擇錯誤，會出現(xiàn)相應的測量誤差。接線時的連接位置也很重要，補償導線與熱電偶接線柱位置越近越好，可以盡量減小測量誤差，且補償導線布放位置盡量遠離干擾源，對于干擾源較多的場合，可以使用屏蔽補償導線。當然，在安裝熱電偶的時候還是需要盡可能避開強磁場和強電場。補償導線與儀表連接時，兩對連接點需要處于相同的溫度場內，正負極不能反接。
　　補償導線作為熱電偶的延長段，是熱電偶的廉價替代品，在一定溫度范圍內具有相同的熱電特性。如果兩電極接反，不但會失去補償導線的作用，甚至會起到反作用，這是因為反接會抵消熱電偶本身的熱電動勢，使得儀表端測量時溫度指示會偏低。
補償導線需要具備的特點有: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，使用壽命長。要根據(jù)所配儀表的不同選擇補償導線的線徑。線路較長的熱電偶，需要采用較粗的補償導線，便于安裝和鋪設。
2.4熱電偶的正確選擇
對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)，因其測量穩(wěn)定性強，精度高等優(yōu)勢。對于大部分與數(shù)字溫度表匹配的熱電偶--般選擇K型。同是K型熱電偶，也會有粗細之分，在計量測量高溫諸如箱式電阻爐時，需要用粗的熱電偶線，保證其高溫也可穩(wěn)定測量不會很快損耗。對于溫度要求不嚴苛的情況下，用較細的熱電偶絲即可。筆者遇到客戶送檢的毛發(fā)粗細的熱電偶絲，易損耗。一般測量一個溫度點，外面絕緣層就會失效，在-80°C條件下，由于兩電極焊接不牢固導致分離，熱電偶絲又非常細，無法手動將兩電極接在一起。因此測量低溫及200°C以上高溫段時，建議不要使用細的熱電偶絲，容易損壞。
2.5熱電偶的正確布放
　　對于熱電偶而言，布放位置直接影響了測量誤差的大小。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，比如強酸、強堿、強腐蝕的環(huán)境。因為熱電偶的兩個電極是金屬材質，對于一些經(jīng)常放置于腐蝕性環(huán)境的情況下，需要及時的更換熱電偶.有的熱電偶表面都是鐵銹，長時間的積灰積垢會導致測量誤差偏高標準值很多。若對溫度要求很高，這樣在現(xiàn)場的溫度監(jiān)測中便失去了意義。值得一提的是對于貼片型熱電偶。計量過貼片型的熱電偶，其布放位置比較考究，因為溫度傳感器需要緊緊貼合被測物體表面，且要考慮散熱問題，這對溫度測量的正確性提出了很高的要求。
2.6熱電偶的計量校準
　　在熱電偶的計量校準過程中，需要嚴格參照《JJF1637-2017廉金屬熱電偶校準規(guī)范》、《JJF 1262-2010鎧裝熱電偶校準規(guī)范》或相應規(guī)程規(guī)范要求。選擇適合的標準器，提供穩(wěn)定的溫度場。對于熱電偶的浸沒深度也需要注意，若溫度傳感器的測溫端不在均勻的溫場內，則會影響校準的正確性。
　　有時會因為熱電偶比較短，導致無法滿足浸沒深度的要求，可以考慮更換標準器或將熱電偶的兩電極與同類型熱電偶對應電極相接，來延長熱電偶的長度。其次需要等到穩(wěn)定才可讀數(shù)。對于測量誤差大的熱電偶首先考慮是否操作不當或溫度場均勻性波動性不達標，再仔細觀察熱電偶是否腐蝕嚴重導致誤差存在。對于貼片型熱電偶的計量，有時將其置于溫度場內可能出現(xiàn)斷路無法讀數(shù)的情況。此時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量校準。
3總結
　　熱電偶具有測量范團廣，精度高等優(yōu)點被廣泛應用于工業(yè)領城中。然而在使用熱電偶過程中會出現(xiàn)一定問題導致測量誤差的出現(xiàn)。在計量校準熱電偶過程中出現(xiàn)的問題井提出相應的解決方案，選擇正確型號的熱電偶及掌握正確使用方法，盡可能的降低測量誤差。
　　在平時的使用過程中需要注意選擇熱電偶的絕緣層材質，在平時不用熱電偶進行測溫時，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)