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热电偶和热电阻测温的误差分析
点击次数:483 发布时间:2015-09-22

  热电偶和热电阻是工业上接触法测温中应用zui广泛的测温元件。它们在测量温度过程中存在各种误差,使测得的温度与实际的温度有一定的偏差,主要包括热电偶和热电阻的传递误差、与分度表偏离误差、显示仪表的误差,还有热电偶参比端不在0℃时所引起的误差、补偿导线的误差,热电阻有自热误差、引线电阻所引起的误差、绝缘电阻影响误差另外还有热电偶和热电阻因使用安装以及工况不同而引起的误差。本人对几种误差进行分析、总结,与同仁探讨。
1在使用安装过程中产生的误差——辐射误差和传导误差
温度测量是建立在被测介质和温度传感器达到平衡后,从传感器出现的变化来反映对应温度的,首要条件是两者的温度要达到平衡,这就涉及到热平衡问题。如图1所示。
当温度传感器(热电偶或热电阻)插入管道中,传感器温度为Tc,当管道中的气流热量为Q滴、气流温度为Tg并以速度V流向传感器。假设环境温度比气流温度低.则传感器会有两种形式向周围散发热量,一是以辐射形式散发,只要传感器能够以直射方向到达管壁,它都能进行辐射,把热量Q拓散发出去.如图1中Q蜻各条箭头所示;二是沿传感器向管壁传导出去热量Q,对传感器来说它一面是接收热量Q滴而另一面又散发热量(Q蝠+Q鼻)。如果Q滴=Q蝠+Q导,则就达到热平衡。但两者之间是不断散发,不断补充,只能达到动平衡状态,所以Tc总是低于Tg。(Tg—Tc)通常称为传热误差。

为了减少辐射误差的影响,可以采用如下方法:
(1)减少传感器和管壁温差。在管壁温度低于流速温度时,可在管壁外层包扎绝热材料,也可对管壁加热
(2)在传感器上装上屏蔽罩,使传感器的热量不能直射散发辐射热,但要保证气流畅通。
(3)减少传感器面积,即减少传感器保护管的外径,但要保证机械强度。
(4)可设计专用传感器。
为了减少传热误差的影响,可以采用如下方法:
(1)加大L/D,L——传感器置入深度,D——传感器直径。
(2)用导热系数小的材料制成保护管,使热量不利于向外传导。
(3)增大流速,提高Q沛的热量,向传感器传热。
(4)提高安装座的温度,即在管壁上用绝热层隔离。
2热电偶或热电阻测温系统中存在的误差
热电偶测温系统是热电偶、补偿导线、显示仪表组成的接触式测温系统。其系统误差主要包括:
(1)热电偶的分度误差。热电偶的分度常采用标准分度表分度、而标准分度表是根据我国有代表性生产热电偶偶丝厂生产产品的实测结果及考虑各方面因素确定下来的,这必然和实际热电偶的热电势存在误差,而且偶丝材料不均匀性、不稳定性等因素,都会引起误差,另外还有标准热电偶的传递误差,这些都会造成热电偶的分度误差。
(2)补偿导线误差。补偿导线是热电特性与热电偶相近的材料制成的导线,用它把热电偶的冷端延长到所需要的地方,冷端的温度在0~100℃范围内,补偿导线产生的误差很小;当超过100℃以后,补偿导线产生的热电势与热电偶在此温度下产生的热电势相差较大,误差明显增加。故需控制冷端的温度在0℃~100℃范围内。
(3)附加误差。附加误差是指偏离使用条件所造成的误差。主要是由于使用~段时间后,热电偶保护管脏污、热电极被氧化还原或损坏而引起的误差。
(4)显示仪表的误差。它是以仪表的精度等级形式给出的。热电阻测温系统是热电阻与显示仪表组成的接触式测温系统。
其系统误差包括:
(1)电阻温度系数的不同和调整R(所引起的误差。
(2)电阻的分度误差。因为热电阻采用的也是电阳——温度分度表,热电阻的实际阻值与分度表内的阻值不一致会造成分度误差。
(3)绝缘电阻影响的误差。热电阻的感应丝是绕在云母、陶瓷、玻璃、塑料等材料制成的骨架上,在高温时这些材料的绝缘电阻会急剧下降,使热电阻的阻值减少,引起测量误差。只有在材料选择合理,制造过程工艺要严格,这样才能使高温绝缘电阻达到要求。
(4)热电阻自热所引起的误差。热电阻通过电流后使热电阻本身温度略有升高,这样测得的温度总比被测的温度高一些。
(5)热电阻引出线所引起的误差。测温时热电阻到显示仪表之间的导线电阻会引起测温的误差,常采用三线制、四线制接法来消除导线误差。
(6)显示仪表的误差它是以仪表的精度等级形式给出的。
3结束语在实际应用中,要详细分析测量误差产生的原因,根据误差产生的原因合理安装测温元件、正确组成和使用测温系统,尽量减少各种误差的影响,使测量温度既准确又可靠。

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