设为首页 加入收藏 联系我们
技术文章
当前位置:首页 > 技术文章 > 热电偶测温系统的误差分析与处理
热电偶测温系统的误差分析与处理
点击次数:692 发布时间:2015-06-09

  目前,测温的方法很多,zui常用的是热电偶。热电偶是化工生产中用于热工监测与测试所*的计量工具.在生产过程中发挥着重要的作用。当前各类化工生产工艺流程中,温
度检测越来越重要,它是提高产品质量与企业经济效益不可缺少的手段。在工业温度控制系统中,热电偶是基于物体的热电效应,将温度信号转换成电压信号进行传递,这种测温
方式不仅可以远距离传递,而且能够集中检测和控制。实际应用中,虽然优点很多,但其参比端温度补偿,非线性的校正等因素直接影响其测量精度。正确处理这些问题对进一步减少测量误差,提高热电偶的测温性能将至关重要。
一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来.构成一个闭合回路,就构成热电偶。如图1所示。

温度t端为感温端称为测量端,温度to端为连. 接仪表端称为参比端或。 冷端.当导体A和B的两个执着点t和to之间存在温差时.就在回路中产生电动势E (t,to),因而在回路
中形成电流,这种现象称为热电效应。这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的。热电势的大小与t和to之差的大小有关。当热电偶的两个热电极材料已知时,由
热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示:
EAB(t,t0)=E^B(t)一E^B(t0) (1)
式中:EAB(t,to)一热电偶的热电势;EAB(t)一温度为t时工作端的热电势;EAB(t0)一温度为to时冷端的热电势。从上式可看出.当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,因此,只要测出EAB(t,to)和知道E^B( 就可得到EAB(t),将热电势送人显示仪表进行指示或记录,或送人微机进行处理.即可获得测量端温度t值。
二、存在的问题与主要误差
1.热电偶冷端温度的变化对测量的影响由(1)式可知,热电偶所产生的热电势不仅与测量端温度t有关,而且与冷端温度to也有关,在测量中当冷端温度to恒定时,热电势只与工作端的温度有关,即E~(to)为常数C,这时(1)式变为
E (t,t0)=E (t)一C (2)
然而在实际测量中,却难以做到EAB( 不变,特别是在多点测量时更如此,因此,在测量系统中,EAB(t0)的变化将会给测量结果带来误差。
2.非线性对测量结果的影响
由热电偶的性质可知.构成热电偶的两种不同材料的热电势与温度不呈线性,常用的定型热电偶的特性曲线如图2所示,从图2中可看出,有的曲率相当大,因此,用热电偶测温对于非线性校正也是不可忽视的一环,处理不当将带来误差。

3.显示仪表的误差
显示仪表都有一定的精度等级,它说明了仪表在二次测量中允许误差的大小,大多数仪表均带有冷端温度补偿作用,如果显示仪表的环境使用温度变化范围不大,对于冷端温度补偿所造成的误差可以忽略不计,但当环境温度变化大时因为显示仪表不可能对冷端温度完全补偿,则同样会引人一定误差。
三、误差处理方法
基于以上误差分析,可将误差的校正归于以下几类:
1.计算修正法
对于冷端温度和非线性的处理可采用查分度表和计算的方法解决。因为成品热电偶的分度表都是令冷端温度等于零度时作出的。为此可将(1)式变换成E(t,0)=E(t,to)+E(to,0) (3)式中E(t,to)表示热电偶测量端的温度为t,冷端温度为0℃时的热电势,E(t,to)表示热电偶测量端为温度t,冷端温度为to的热电势即实测热电势值。E(to,0)为热电偶的冷端温度为 时所应加的校正值。
在多点测量中,用常温下的温度传感器,测出冷端温度to,然后从对应的热电偶的分度表中查得对应的to的热电势E(to,0),再将这个热电势与所测的E(t,to)代数相加,得到的就是热电偶冷端温度为0℃时,对应测量端温度为t时的热电势,再从分度表中查得对应E(t,0)的温度,这个温度就是热电偶测量端的实际温度。
采用这种方法,解决了冷端温度变化的问题,只要随时准确地测出to.就可准确得到测量端温度t。这充分应用了热电偶的分度表,并对非线性问题进行了校正。目前,还可利用
单片机软件作热电偶非线性补偿。
2 仪表机械零点调整法
对于具有零位调整的显示仪表而言,如果热电偶冷端温度to较为恒定时.可采用测温系统未工作前,预先将显示仪表的机械零点调整到0℃ ,这相当于把热电势修正值E(to,0)预
先加到了显示仪表上,当此测量系统投人工作后,显示仪表的示值就是实际的被测温度。
3.延伸导线法
由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,且现场环境温度是不断变化的,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的参比端延伸到环境温度比较稳定的控制室内,再连接到仪表端子上。热电偶补偿导线只起延伸热电极,将热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上的作用,这种导线在0~100℃范围内具有和所连接的热电偶相同的热电性能,因此,热电偶和补偿导线连接端所处的温度不应超出100℃,以免由于热电性能不同带来新的误差。具体接线方法如图3所示。

4.电桥补偿法
当热电偶冷端温度波动较大时,一般采用补偿电桥法,其接线如图4所示。补偿电桥是利用不平衡电桥产生的电动势来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电动势变化值。将补偿电桥接人测量系统时正负极性不可接反;显示仪表的机械零点应调整到20℃时电桥平衡处。这几种补偿方法一般用于热电偶与动圈显示仪表配套的测温系统中,自动电子电位计和温度变送器等测温系统中已设置了冷端补偿电路。

总之,在应用热电偶时,首先必须正确选型,合理的安装使用,同时还应尽可能地避免污染及设法消除各种外界影响,以减小附加误差,达到测温准确简便和耐用等目的。

手机:
18915183688
电话:
0517-83303550
点击这里给我发消息
 

仪表网

推荐收藏该企业网站