热电偶温度计量常见问题的处理措施分析

卢洁

摘 要：热电偶温度计是工业生产测量环境温度的有效仪器，对生产作业指导作用明显。但影响温度计测量准确性的因素较多，如电特性不稳定、参考端温度变化等原因，技术人员应当问题处理，确保仪器测温精确度。

关键词：热电偶；温度计量；问题；措施

热电偶作为工业生产常用测温元件，在结构与使用便利性、性价比等方面的优势，都是其他温度传感器不能比拟的。但热电偶受外界因素影响较大，从而出现热电偶温度计量误差。针对于各种故障的处理，要求技术人员明确掌握热电偶工作原理，根据经验快速发现与处理潜在的问题，以减少仪器故障率。

一、热电偶工作原理

热电偶根据塞贝克效应，将热导体温度转换为电信号，并利用仪表的温度值显示，以此完成测温工作。热电势随着温差增大而提高，最终在仪表上显示强温差转化后的测温值。热电偶优势特征明显，包括灵敏度与准确度较高等，甚至可以直接接触待测物质。热电信号可远程传输，是工业自动化的重要体现。但是在频繁的使用过程中，测量精度也会随之降低，需及时追溯误差原因，以减少矫正维护的难度，确保测量精度。

二、热电偶温度计量常见问题与处理措施

1.安装不合理

热电偶工作时应当注意测温位置，以减少对测温精度的影响，位置安装不合理，插入深度不达标，也会出现不同程度的误差。

合理选择测温深度与位置尤为关键，为提高测温精度，应当通过数据采集，对测温环境展开分析总结，确定最佳测温点，以切实发挥仪器功用。综合考虑热电偶本身的保护材质、结构与密封性等特征，根据深度检查数据分析，与其他工具测量分析结果，确定最佳的插入深度。通常情况下，热电偶保护管、炉壁间的空隙应保持一定的距离，并在炉口处用绝缘耐火材料封堵，以防止空气对测温精度的影响。测量环境不同，插入深度也存在差异，应通过实验分析，以确定最佳插入深度。热电偶的插入深度应为保护管直径的8-10倍。此外，热电偶的保护套管与炉壁间的空隔应使用石棉绳或耐火泥填塞以免冷热空气发生对流而影响测温的准确性。

2.热辐射与导热

热辐射越大，对测温端形成的辐射影响越严重，直接增加测量误差。热电偶构造不同，也会出现导热误差[1]。

为修正热辐射误差，可利用对流作用减少辐射热，或是采取隔离对策控制热交换，减少导热误差。针对于参考端温度变化引起的误差，利用补偿导线延长参考端至恒定温度位置，在其基础上进行修正。

3.测量系统漏电

热电偶存在绝缘层老化等结构缺陷，易出现系统漏电情况，受温度差影响，热电流出现损失，热电势随之发生变化，导致测温值与实际温度不符，甚至会出现测温系统失效的现象。因此，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。

4.动态响应

热电偶动态响应，指对待测物质超出响应标准时间。热电偶是插入待测物质后， 要求在待测物温度、测量端无温差的情况下，实现电信号转化；对此，响应时间在某种程度上，也反映了热电偶仪器的灵敏度。影响仪器灵敏度的因素较多，包括环境温度、构造等因素。尤其是在静态测量时仪器的准确度与灵敏度相对较高，响应时间在标准范围内[2]。

提高热电偶的灵敏度，减少动态响应误差，通常从调小滞后时间、提高热传感反应速度两对策入手。热电偶热响应滞后性与接触面、接触面与体积的大小有直接关系；对此，应增大与待测物质的接触面积，以此加快仪器反应时间，减少动态响应滞后性[3]。

三、正确使用热电偶的方法

减少测温误差，正确使用热电偶，应注意以下方法：

一是禁止还原气体中，使用贵金属热电偶进行温度计量。二是根据实际需要，合理选择冷端补偿器，且补偿器定期检查。三是使用补偿导线时，各种补偿导线只能与相应型号热电偶配用，即热电偶与所配补偿导线在规定温度内热电特性相同；并且注意补偿导线与热电偶及系统仪表连接时正负极不能接错。四是杜绝在测温过程中将热电偶打结或过分近似垂直折叠的现象，这会导致热电偶的纤芯发生折断。五是不随意更改确定后的插入深度，与待测物质接触10cm內，并将测温元件插入中间位置。六是使用热电偶环境尽量稳定，防止环境温度快速变化对保护管的破坏。即为了减少热电偶的时效变化，应避免处于温度快速变化的环境。七是影响热电偶稳定性的因素较多，包括电极玷污腐蚀、形变应力、高温下晶粒长大、热电极氧化等。对此，热电偶应设有保护装置，尤其是作业中的热电偶，应配有保护装置，及时检查维护测温元件的保护装置，及时更换腐蚀与开焊后的保护装置。八是热电偶在测温过程中，受到使用温度、气氛、测量环境、保护管材料玷污等影响，使用一段时间后，其热电特性将会出现变化，尤其是在腐蚀性与高温气氛中。这时需经常展开监督性校验，或根据实际使用情况，安排周期检定，则可减少不稳定性引起的误差[4]。

四、总结

本文首先对热电偶测温元件的原理与常见问题进行了阐述，为规避实践中的常见问题，要求技术人员积极转变职责理念，掌握热电偶正确使用方法的同时，注意使用事项，对测温误差有着系统性的认识。同时根据实际情况，快速选择误差处理措施，减少误差对生产效率的影响。除此之外，积极引入先进的测温元件与技术，尽可能的提高测温元件敏感度，加强对保护装置与补偿导线的合理应用，以减少响态时间，促使热电偶功能最大程度发挥。

参考文献：

[1]倪友军， 贲礼进， 浦振托. 探究热电偶温度传感器应用下的高速测温系统[J]. 信息系统工程， 2017（1）：87-88.

[2]章铁军. 计量检测用管式电阻炉温度场均匀性的研究[J]. 科技创新导报， 2018，15（03）：98-99.

[3]陈永强， 崔馨元， 吴勤， 等. 热电偶校准过程中的不同冷端补偿方法的比较[J]. 计量与测试技术， 2018， 45（05）：68-69..

[4]由臣， 王祖光， 毛汉卿， 等. 钨铼（WC5/20）热电偶用铜基补偿导线合金的研究[J]. 工业计量， 2017，27（S2）：1-5.