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热电阻和热电偶测温原理与误差分析
点击次数:534 发布时间:2017-04-14

1、热电阻 和热电偶测温原理
1.1  热电偶测温基本原理
温度测量的方式一般分为接触式测量和非接触式两大类,由于温度参数的特殊性,使其无法通过直接方式获取,而必须要利用一些物理特性与温度之间有着特定函数关系的物质来进行间接的测量获取。
从温度测量的方式来看,热电偶属于接触式测温,热电偶测温元件进行温度测量的基本原理是元件材料的热电效应,具体来说,就是将电子密度不同的两种金属导体首尾相接组成闭合回路,当回路两端的温度不同时,在回路中就会产生热电动势,形成热电流,这样就可将温度信号转换为电压信号以便于测量,利用热电偶进行温度测量具有准确度较高、动态响应快等特点,同时热电偶测温范围相对较广,信号可以远距离传送,这也使热电偶测温装置能够好更好地实现集中监测以及自动控制。然而热电偶测温元件的精度在实际的使用过程中会受到一系列因素的影响,结合热电偶测温的基本原理,并通过技术手段对热电偶测温误差原因进行分析,将能够有效的控制测温误差的出现,提高热电偶测温的精度。
1.2  热电阻的基本原理
热电阻是中低温区zui常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热电阻的测量度是zui高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由纯金属材料制成,目前应用zui多的是铂和铜。
2、误差分析
2.1  热电偶测温误差分析及预防措施
2.1.1 测温元件导热引起的误差
(1)引起误差的主要原因有以下三个方面:1)测温管段向外散热。2)热电偶插入深度。3)热电偶的壁厚以及热电偶的材料。
(2)针对以上问题可采取的措施:1)对外露部分进行保温,减小管外换系数。2)增加热电偶插入深度,减小测温管尺寸,即管径要细,壁要薄,但与测温管的强度和寿命有矛盾,因此测温管多采用陶瓷、不锈钢材料以降低磨损。3)为增加热系数选择测温点时,要尽量选在管道液体速度较大的地方。
2.1.2 热辐射引起的误差
(1)误差原因:在测量中被测容器壁温度常与介质温度不一致,例如测量锅炉炉膛温度时,炉壁温度要低很多,热电偶要比器壁温度高很多,因此它们之间将发生辐射换热,在测量较高温度时,这项误差要比导热误差大很多,被测介质温度越高,误差也越大。
(2)为了正确测定温度,可以采取以下措施:1)在测温元件外部加同温屏蔽罩。使测温元件不直接与器壁进行辐射换热,而只与其温度接近的屏蔽罩进行辐射换热,从而减小测量误差。2)增加气流和测温元件之间的对流换热系数,由传热学知道,气流速度越大,对流换热系数越大,因此要将测温元件插到气流速度zui高的地方,或用其他措施来提高气流速度。3)测温元件的套管尽量用黑度系数小的材料或抛光表面。
2.1.3 热惯性引起的误差
(1)误差原因:用热电偶测量快速变化的温度时,由于测温元件热惯性的影响,其温度变化跟不上被测对象的变化,此时将产生动态误差。例如,当被测介质温度发生阶跃变化时,热电偶的温度变化是逐渐的,经过一段时间才能达到新的平衡,对于经常波动的被测温度,动态误差的出现更为频繁。
(2)为了改善动态误差,缩短迟滞,减小动态误差,可采用下面办法:1)减小热电偶测量端的体积,以减小测量端的热容。2)选用比热小,导热好的套管材料,在保证强度下使套管壁厚较小,使测量端紧靠套管端部或在两者之间填充些导热好的材料,或将测量端直接焊在套管端部,这样能减热量传递中的热阻。4)增大测量端与被测介质的接触面积,以增大传热系数,但需要注意的是只增大测量端的面积,而体积不发生变化。
2.1.4 测量系统漏电引起的热电偶测温误差
热电偶测温系统在使用过程中,会因为绝缘层损坏等原因造成系统漏电,导致热电势受到影响,使仪表的指示温度与实际的温度之间出现误差,较严重的将导致测量系统的失灵。
针对温度测量系统漏电引起的测量误差,要加强对测量系统的日常检修与养护,确保测量系统绝缘性能的正常发挥,同时采取接地以及其他的屏蔽方法来进行误差修正,还可以通过增大热电偶直径,增加绝缘层的厚度,降低电阻值以及调整加热带的长度等措施来进行铠装热电偶误差的修正。
2.2  热电阻测温误差分析
(l)电阻温度系数α不同和调整 Ro 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阻一温度分度表,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。
总之,由于缺乏对热电阻和热电偶测温原理的掌握,导致在温度测量过程中遇到的问题及设备故障难以排查解决,基于此本文从热电阻和热电偶检测系统的测温原理入手,对温度测量过程的主要误差来源进行了分析,以期提供一些借鉴。

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