熱電偶測量誤差的3個主要因素
2015-1-20 11:27:02??????點擊：
影響熱電偶測量誤差的主要因素：熱電偶插入深度﹑響應時間﹑熱輻射及熱阻抗等。
1、響應時間的影響
接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。對于氣體介質，尤其是靜止氣體，至少應保持30min以上才能達到平衡;對于液體而言，最快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所，尤其是瞬間變化過程，全過程僅1秒鐘，則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此，普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后，而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。最好選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外，熱電偶的測量端直徑也是其主要因素，即偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定。
Δθ=Δθ0exp（-t/τ）
式中t—測量時間S，
Δθ—在t時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃
Δθ0—“t=0”時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃
τ—時間常數S
e—自然對數的底（2.718）
因此，當t=τ時，則Δθ=Δθ0/e即為0.368，
如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135。
當被測對象的溫度,以一定的速度α（k/s或℃/s）上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示：
Δθ∞=-ατ
式中Δθ∞—經過足夠時間后，測溫元件引起的誤差。
由上可看出，響應誤差與時間常數（τ）成正比。為了提高檢定效率許多企業采用自動檢定裝置，對入廠熱電偶進行檢定，但是，該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發現如果在400℃點的恒溫時間不夠，達不到熱平衡，就容易發生誤判。
2、插入深度的影響
a測溫點的選擇
b插入深度
熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15—20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數值應由實驗確定。
3、熱輻射的影響
插入爐內用于測溫的熱電偶，將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產生測溫誤差。
在單位時間內，兩者交換的輻射能為P，可用下式表示：
P=σε（Tw4-Tt4）（2—3）
式中σ—斯忒藩—波爾茲常數
ε—發射率
Tt—熱電偶的溫度,K
Tw—爐壁的溫度,K
在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體（溫度為T）,通過對流及熱傳導也將發生熱量交換的能量為P′
P′=αA（T-Tt）（2—4）
式中α—熱導率
A—熱電偶的表面積
在正常狀態下，P=P′，其誤差為：
Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА（2—5）
對于單位面積而言其誤差為
Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α（2—6）
1、響應時間的影響
接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。對于氣體介質，尤其是靜止氣體，至少應保持30min以上才能達到平衡;對于液體而言，最快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所，尤其是瞬間變化過程，全過程僅1秒鐘，則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此，普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后，而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。最好選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外，熱電偶的測量端直徑也是其主要因素，即偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定。
Δθ=Δθ0exp（-t/τ）
式中t—測量時間S，
Δθ—在t時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃
Δθ0—“t=0”時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃
τ—時間常數S
e—自然對數的底（2.718）
因此，當t=τ時，則Δθ=Δθ0/e即為0.368，
如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135。
當被測對象的溫度,以一定的速度α（k/s或℃/s）上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示：
Δθ∞=-ατ
式中Δθ∞—經過足夠時間后，測溫元件引起的誤差。
由上可看出，響應誤差與時間常數（τ）成正比。為了提高檢定效率許多企業采用自動檢定裝置，對入廠熱電偶進行檢定，但是，該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發現如果在400℃點的恒溫時間不夠，達不到熱平衡，就容易發生誤判。
2、插入深度的影響
a測溫點的選擇
b插入深度
熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15—20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數值應由實驗確定。
3、熱輻射的影響
插入爐內用于測溫的熱電偶，將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產生測溫誤差。
在單位時間內，兩者交換的輻射能為P，可用下式表示：
P=σε（Tw4-Tt4）（2—3）
式中σ—斯忒藩—波爾茲常數
ε—發射率
Tt—熱電偶的溫度,K
Tw—爐壁的溫度,K
在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體（溫度為T）,通過對流及熱傳導也將發生熱量交換的能量為P′
P′=αA（T-Tt）（2—4）
式中α—熱導率
A—熱電偶的表面積
在正常狀態下，P=P′，其誤差為：
Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА（2—5）
對于單位面積而言其誤差為
Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α（2—6）
因此，為了減少熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度Tw，盡可能接近熱電偶的溫度Tt。
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