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 > 热电偶常见测温误差分析
热电偶常见测温误差分析
点击次数:885 发布时间:2016-08-08

  热电偶是一种常见的接触式温度传感器,在实际使用中,避免热电偶引起误差,遵循多项技术规范,必须了解引起误差的原因,才能使热电偶发挥zui大价值,延长使用寿命。
1、测温元件本身引起的误差
测温元件通常采用接触法来测量温度,元件的接触直接导致了被测介质的温度产生影响,破坏了介质的表面热量,必然使部分热量传导到测温元件。例如:工作测温点与外部环境隔绝,测温点距
离隔绝层距离为l1,工作点环境温度t0与隔的外部环境温度t1有个温度差,测温元件安装固定必定和隔绝层、外部环境有接触,假设t0>t1,由于热传导的作用,测温元件的测温工作点温度t2必定小于工作点环境温度t0,这个差值t2-t0为沿测温元件方向的导热误差。根据传热学中表面有散热作用的等截面长杆的稳定导热理论,可以得到导热误差的关系式为:

a1,a2为管内外介质对测温管之间的换热系数;S1,S2为管内外两端测温管的截面周长,S1=S2=πd1;λ1,λ2为管内外两段测温管的导热率,λ1=λ1;A1,A2
为内外两段测温管的截面积,A1=A2;l1,l2为管内外测温管的长度。
由公式(1)可见:
(1)在测温元件在向外部环境导热的情况下误差不可能等于0。
(2)工作点环境温度与外部环境的温度差t0-t1越大,a2越大,测温误差越大。减小外部环境与工作点环境温度的误差,使得测温元件与外部环境的热交换减小,系数a2减小,因此可以减小测温误差。
(3)当测温元件与外部环境接触距离越大,双曲余弦eh(b1l1)、双曲正切th(b1l1)都增加,导热误差减小;当测温元件与外部环境接触距离减小,双曲余弦eth(b2l2)增加,测温误差也减小。
(4)当导热系数增加则a1,b1增加,为使误差减小,故在选择测温点时,应选在流通性较好的地方。
(5)增加S1/A1,使b1增加,可以使误差减小。而S=πd1;A1=π(d0+d1)δ/2(式中d0为测温管内径,d1为测温管外径,δ为测温管壁厚),所以要想增加S1/A1,就应该使测温元件的壁厚、外径精良减小,也就是说应该将测温元件探头要细,壁厚尽量要薄。
(6)测温元件材料的热传导率减小,误差就减小。因此测温管可采用导热性质不良的材料来制造。
2、响应时间引起的误差
测温元件到达测量的温度需要一定的响应时间,用测温元件测量快速变化的温度时,元件的温度变化跟不上所测温度的变化,此时将产生一些误差。当所测温度近似阶跃形状的快速变化,测温元
件的温度变化是沿时间线性变化,这就导致实际变化与测量变化存在一个时间差,测温元件的热响应时间越长,时间差越长,测温元件的温度就不是实时体现正确的温度,这种变化越多,误差越大。改善这种误差,缩减时差迟滞,可采用如下办法:
(1)测温元件热端的体积减小以减少热端吸收的热容量。
(2)元件保护管采用比热小,导热好的套管材料,满足设计强度下使外径尽量小,在测量端与套管之间填充导热材料,或者直接将测量材料热端直接连接至套管或裸露,用以减小热端测量传递中的热用量。
(3)仅使测温元件与被测介质的接触面积增大,来增大热传导系数。
3、热电偶绝缘导致的误差
热电偶测温是有两种不同导体材料闭合回路,当两端点的温度不同时,在闭合回路中产生热电动势和电流,需要事先知道温度与热电动势之间的关系即可用来测量温度。当保护管或接线板污垢或盐
渣过多致使热电偶极间与保护管绝缘不良,在高温下导致影响加大,这就会引起热电势的损耗,而且还会引入干扰,由此引起的误差有时可达上100℃。
为了避免此原因引起的误差方法为:
(1)热电偶与保护管之间需要填充绝缘物或其他物理隔离,保证保护管对热电偶的热电动势不会产生影响。
(2)保护管内壁高温、高压清洗,防止其他杂质污垢引起的热电偶与保护管之间的绝缘不良。
(3)接线板处密封或保持环境整洁,以减少外部环境导致氧化物等导致热电偶电动势的影响。
4、外部环境对测温元件的影响导致的误差
(1)测温元件经过长期使用后,热电偶电极会出现被腐蚀、氧化或晶格不均匀等现象,这将导致热电偶的热电特性发生变化,倘若变化显著,则会严重影响其精度准确性。解决这一问题的主要办法就是保护好热电偶接线盒,使接线盒的出线口和盖子都由橡胶垫片进行密封,防止损失和损坏,这将有效减缓腐蚀、氧化环境对测温元件的影响。
(2)测温元件因保护管外表面附着尘埃、氧化物、煤灰等,测热阻值增加,阻碍热的传导,使反应滞后,这时测温元件比被测温度的真值有出入,因此,使用时必须保持测温元件保护管外部的清洁,以减小误差。
(3)高频磁场环境引起的误差。热电偶材料通常为合金材料,具有一定的导电率,如果测温环境处于高频磁场当中,那么热电偶的端部必将出现一定的涡流,同时产生一定量的涡流耗损。虽然这一涡流耗损现象非常的小,但是由于热电偶端部面积很小,所以耗损密度将很大,从而导致端部的温度急剧上升。根据假设,把热电偶的端部看作是一个圆柱体,热电偶涡流详情如图1所示。

从公式(2)就可以清楚的看到,在的情况下,热电偶涡流损耗率与热电偶丝自身的导电率和磁场周围的磁通频率有直接的关系。但是从实际来看,热电偶偶丝端部并不是的实验圆柱体,其导电率也不是单一合金型电导率,根据涡流的原理,涡流损耗的磁场频率f以及磁感应强度B的幂指数有关,因此对公式(2)做进一步修正:

式中,k2,α2,β2为待定系数。再考虑环境及热电偶导线散热,热电偶在高频环境测温时,涡流损耗引起的温升为:

式中,确定热电偶高频磁场环境测温温升数学模型的关键是确定公式(3)的待定系数,从不同磁感应强度及不同频率下的高频磁场实测温升数据为输入,按公式(3)的形式构造回归方程,并给定待定系数初值,基于nlinfit非线性回归算法确定系数,得到的温升数学模型为:

由此可见热电偶处在高频磁场环境下测温时,由于涡流效应会引起合金偶丝端部很大的损耗密度,虽然这个磁场很小,就算只有毫特级,就可能带来额外带来损耗和温升。为了避免这种环境对热电
偶测温的影响可做如下处理:
(1)当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果。
(2)当干扰电磁波的频率较低时,要采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。
(3)在某些场合下,如果要求对高频和低频电磁场都具有良好的屏蔽效果时,往往采用不同的金属材料组成多层屏蔽体。

K型热电偶 铂铑热电偶 高温热电偶 多点热电偶

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