热电偶测温误差分析

冷宏佳

摘要：在现代化生产装置里，普遍都使用热电偶或热电阻来测量温度，与热电阻相比，热电偶结构较复杂，使用条件苛刻，本文结合生产装置一个温度测量回路的介绍，分析了测量误差产生的原因，提出解决的办法，仅供参考。

关键词：热电偶，冷端温度，补偿导线，热电势

Abstract: in modern production equipment, universal use thermocouples or thermal resistance to measure temperature, heat resistance and compared, thermocouple structure is more complex, use harsh conditions, combining with the production equipment is a temperature measurement circuit is introduced, the measurement error analysis of the cause and puts forward the method to solve it, only supplies the reference.

Keywords: thermocouple, cold end temperature, compensation conductor, thermoelectric potential

中图分类号： O482.6文献标识码：A 文章编号：

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t0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t0之间存在温差时，就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 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t0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)＝EAB(t)－EAB(t0)

式中 EAB(t,t0)－热电偶的热电势；

EAB(t)－温度为t时工作端的热电势；

EAB(t0)－温度为t0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,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t)，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得测量端温度t值。

图1

二、工艺过程

我厂有一套生产装置，装置最后一个单元有三个反应器，反应器管程内装满催化剂，物料从反应器上部进入管程，热媒体从反应器壳程下部进入对反应物料与催化剂加热，反应生成的产品从反应器管程下部流出。如图2所示.每个反应器内有四支热电偶，从下往上依次分布在管程内，程阶梯变化，操作工人通过判断这四点温度，来控制反应物产品质量，所以这四个温度是非常重要参数，直接影响最终产品的质量。

图2 图3

三、测量误差

在装置生产的某一段时间内，操作人员根据操作经验与样品分析判断这四个温度不准确，认为温度偏低5到10℃，而且程不规律变化。测量误差的出现，将严重影响生产工艺操作，所以找出误差产生的原因至关重要。

四、原因分析

这四支热电偶为E型，在现场通过E型补偿导线进入到仪表机柜间，首先接入到机柜内的接线端子，从端子出来后用普通铜导线接入安全栅，从安全栅出来后用普通铜导线接入到DCS机柜，而DCS机柜却在另一个房间，图3所示，二者相距十多米距离，是不是误差产生的原因就在这呢？为此，我们进行了认真分析。

热电偶测温为什么要用补偿导线，采用补偿导线是把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响，因此，还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。而此时参考端已经从接线端子机柜改变到DCS 机柜。热电偶测温还有一个重要性质就是中间导体定律：在热电偶回路中插入第三种（或多种）均质材料，只要所插入的材料两端连接点温度相同，则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可以引入第三种导线，只要导线处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成，也可以借用均质等温的导体加以连接。经测量，接线端子机柜内温度为28℃，而DCS机柜间有空调的缘故，其柜内温度只有21℃，经过DCS自动补偿的温度是21℃，则正确温度应为：

EAB(t)＝EAB(t,t0) + EAB(t0)

= EAB(t,t0) + EAB(28℃，0)

而错误测量温度为：

EAB(t)＝EAB(t,t0) + EAB(t0)

= EAB(t,t0) + EAB(21℃，0)

经查热电偶分度表，错误温度比正确温度低约7℃，

五、解决办法

本着中间导体定律的原则，解决办法之一就是把进入端子柜的补偿导线直接接入DCS机柜，甩掉铜导线，取消第三种导体，这样就解决了温度不同的麻烦。但实际条件不能满足这样的改动，补偿导线在施工时已经敷设完毕，导线长度已不能延长，且三个反应器共12点温度，改动施工费用较高，种种原因都限制解决方案。通过分析，我们采用了最简捷的解决方案，就是想办法使两个房间的温度达到一致，就基本解决了因温度不同而产生的误差，办法就是在房间1安装一台空调，调节空调温度，使两个房间机柜内的温度保持一致，通过实验，把温度差控制在0.5℃之内是很容易办到的。经过此方案的实施后，反应器的温度已经正常，得到工艺技术人员的认可。

六、结束语

热电偶测温误差除上述原因之外，还有其他因素也能影响测量，比如补偿导线的极性的影响，参考端温度的影响，显示仪表或DCS本身的影响等等，从维护角度看，只要介质温度不是很高，应尽量使用热电阻来测量温度，因为热电阻不涉及补偿导线和冷端补偿问题，而且结构简单，方便易懂，投资与施工费用低等等。所以，在设计时测温元件选型也很关键。总之，无论采用什么测温元件，能正确掌握热电偶测温原理，准确分析误差产生的根源，对于仪表维护人员来说必不可少。

参考文献

1、乐嘉谦，仪表工手册，第二版，化学工业出版社，1997.4.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。