許曉明　黃哲芳

摘 要：熱量表在我國(guó)是一種新的計(jì)量器具。作為貿(mào)易結(jié)算的熱量表，屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系百姓的利益和節(jié)能減排的成效。熱電偶是一種最簡(jiǎn)單、最普通的溫度傳感器。如果在使用中不注意，也會(huì)引起較大測(cè)量誤差。本文探討了如何做好熱計(jì)量表溫度傳感器誤差的測(cè)量。

關(guān)鍵詞：熱計(jì)量表；溫度傳感器；誤差；測(cè)量

熱量表在我國(guó)是一種新的計(jì)量器具。隨著城鎮(zhèn)供熱體制改革，熱量表生產(chǎn)企業(yè)迅速發(fā)展。作為貿(mào)易結(jié)算的熱量表，屬于強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具，其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系百姓的利益和節(jié)能減排的成效。熱量表計(jì)量原理熱量表是一種測(cè)量在熱交換環(huán)路中載熱液體所吸收或釋放熱能的計(jì)量器具，其測(cè)量對(duì)象限定為以水為載體的供熱或供冷系統(tǒng)。熱量表主要由流量傳感器、配對(duì)溫度傳感器和計(jì)算器三部分組成。熱電偶是一種最簡(jiǎn)單、最普通的溫度傳感器。如果在使用中不注意，也會(huì)引起較大測(cè)量誤差。

1 熱計(jì)量表溫度傳感器測(cè)量誤差的影響因素

（1）安裝或使用不當(dāng)?shù)挠绊?。安裝或使用方法不當(dāng)，將會(huì)引起較大的測(cè)量誤差，甚至檢定合格的熱電偶也會(huì)因操作不當(dāng)，在使用時(shí)不合格，在滲碳等還原性氣氛中，如果不注意，K型熱電偶也會(huì)因選擇性氧化而超差。

（2）測(cè)溫點(diǎn)的影響。熱電偶的安裝位置，即測(cè)溫點(diǎn)的選擇是最重要的。測(cè)溫點(diǎn)的位置，對(duì)于生產(chǎn)工藝過程而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測(cè)量與控制的意義。

（3）熱輻射的影響。插入爐內(nèi)用于測(cè)溫的熱電偶，將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內(nèi)氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時(shí)，將因能量交換而產(chǎn)生測(cè)溫誤差。

（4）插入深度的影響。熱電偶插入被測(cè)場(chǎng)所時(shí)，沿著傳感器的長(zhǎng)度方向?qū)a(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)就會(huì)有熱損失。致使熱電偶與被測(cè)對(duì)象的溫度不一致而產(chǎn)生測(cè)溫誤差。由熱傳導(dǎo)而引起的誤差，與插入深度有關(guān)。而插入深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護(hù)管因其導(dǎo)熱性能好，其插入深度應(yīng)該深一些，陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些。對(duì)于工程測(cè)溫，其插入深度還與測(cè)量對(duì)象是靜止或流動(dòng)等狀態(tài)有關(guān)，如流動(dòng)的液體或高速氣流溫度的測(cè)量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數(shù)值應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定。

（5）熱阻抗增加的影響。在高溫下使用的熱電偶，如果被測(cè)介質(zhì)為氣態(tài)，那么保護(hù)管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護(hù)管的熱阻抗增大；如果被測(cè)介質(zhì)是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應(yīng)時(shí)間，而且還使指示溫度偏低。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經(jīng)常抽檢也是必要的。

（6）響應(yīng)時(shí)間的影響。接觸法測(cè)溫的基本原理是測(cè)溫元件要與被測(cè)對(duì)象達(dá)到熱平衡。因此，在測(cè)溫時(shí)需要保持一定時(shí)間，才能使兩者達(dá)到熱平衡。而保持時(shí)間的長(zhǎng)短，同測(cè)溫元件的熱響應(yīng)時(shí)間有關(guān)。而熱響應(yīng)時(shí)間主要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測(cè)量條件，差別極大。對(duì)于氣體介質(zhì)，尤其是靜止氣體，至少應(yīng)保持30min以上才能達(dá)到平衡；對(duì)于液體而言，最快也要在5min以上。 對(duì)于溫度不斷變化的被測(cè)場(chǎng)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(yīng)時(shí)間在毫秒級(jí)。因此，普通的溫度傳感器不僅跟不上被測(cè)對(duì)象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后，而且也會(huì)因達(dá)不到熱平衡而產(chǎn)生測(cè)量誤差。

2 如何做好熱計(jì)量表溫度傳感器誤差的測(cè)量

要進(jìn)行可靠的溫度測(cè)量，首先需要選擇正確的溫度儀表，也就是溫度傳感器。其中熱電偶、熱敏電阻、鉑電阻（RTD）和溫度IC都是測(cè)試中最常用的溫度傳感器。例如：熱計(jì)量表分為整體式和組合式，對(duì)于整體式的儀表，要測(cè)量溫度傳感器的誤差，就要和積算器同時(shí)測(cè)量，把溫度傳感器的誤差和積算器的誤差相加才是需要的結(jié)果；而組合式的儀表，就可以對(duì)溫度傳感器單獨(dú)測(cè)量。

溫度傳感器單獨(dú)使用進(jìn)行測(cè)量的方法是，把傳感器置于溫度恒定的環(huán)境中，測(cè)定溫度傳感器在不同的溫度值下顯示的溫度和準(zhǔn)確溫度之間的誤差。需要注意的是，除了要單獨(dú)測(cè)量溫度傳感器的誤差，還要檢測(cè)一下傳感器的配合部分的誤差，不同的環(huán)境，不同的焊接方法，不同的接線方式，都會(huì)導(dǎo)致有一定的誤差，這些其它誤差需要把它排除。就是把傳感器和積算器同時(shí)測(cè)量，這樣就需要根據(jù)不同的積算器的設(shè)計(jì)原理使用相應(yīng)的測(cè)量方法，兩種測(cè)量方法測(cè)得的誤差結(jié)合就可以得到溫度傳感器的正確誤差，公式需要根據(jù)不同的需求，得出最符合現(xiàn)況的測(cè)量誤差的方法。

在計(jì)算換熱器換熱量的熱計(jì)量?jī)x中，一般采用一組（兩支）測(cè)溫傳感器測(cè)量流經(jīng)換熱器的流體在換熱器進(jìn)、出口處的溫度值，用流量計(jì)測(cè)量流體流經(jīng)換熱器的流量，然后通過相應(yīng)的程序計(jì)算換熱器與周圍環(huán)境的換熱量。由于技術(shù)、價(jià)格等原因，國(guó)內(nèi)外幾乎所有生產(chǎn)熱計(jì)量?jī)x表的廠家采用的流量計(jì)都是體積流量計(jì)。在流量傳感器設(shè)計(jì)時(shí)也都采用脈沖方式，即每單位體積流量發(fā)出一定數(shù)目的脈沖信號(hào)，由此來(lái)測(cè)量流經(jīng)換熱器流體的體積流量。

在測(cè)量高溫氣流的溫度時(shí)，由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度存在溫度梯度，故測(cè)量端必然會(huì)沿?zé)犭姌O導(dǎo)熱，使得指示溫度偏離實(shí)際溫度。導(dǎo)熱量相差越多，相應(yīng)的誤差就越大，因此凡能加劇對(duì)流和削弱導(dǎo)熱的因素都可以用來(lái)減少導(dǎo)熱誤差。具體方法有：增加L/d；將熱電偶垂直安裝改成斜裝或彎頭處安裝，安裝時(shí)應(yīng)注意使熱電偶的端對(duì)著氣流方向，并處在流速最大的位置上；選用熱電偶和支桿導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料。

熱輻射誤差產(chǎn)生的原因是熱電偶測(cè)量端與環(huán)境的輻射熱交換所引起的，這是熱電偶與氣流之間的對(duì)流換熱不能達(dá)到熱平衡的結(jié)果。減少輻射誤差的辦法，一是加劇對(duì)流換熱，二是削弱輻射換熱。具體方法有：盡量減少器壁與測(cè)量端的溫差，即在管壁鋪設(shè)絕熱層；在熱電偶工作端加屏蔽罩；增大流體放熱系數(shù)，即增加流速，加強(qiáng)擾動(dòng)，減小偶絲直徑或使熱電極與氣流形成跨流等。另外，在安裝時(shí)還應(yīng)注意：熱電偶安裝位置，應(yīng)盡可能避開從固體發(fā)出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面；熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套。

絕緣不良是產(chǎn)生電流泄漏的主要原因，它對(duì)熱電偶的準(zhǔn)確度有很大的影響，能歪曲被測(cè)的熱電勢(shì)，使儀表顯示失真，甚至不能正常工作。漏電引起誤差是多方面的，例如，熱電極絕緣瓷管的絕緣電阻較差，使得熱電流旁路。若電測(cè)設(shè)備漏電，也能使工作電流旁路，使測(cè)量產(chǎn)生誤差。由于測(cè)量熱電勢(shì)的電位差計(jì)都是低電阻的，因此它對(duì)絕緣電阻的要求并不高，影響熱電勢(shì)測(cè)量的漏電主要是來(lái)處被測(cè)系統(tǒng)的高溫，因?yàn)闊犭娕急Ｗo(hù)管和熱電極的絕緣材料的絕緣電阻將隨著溫度升高而下降，我們通常所說的鎧裝熱電偶的“分流誤差”就屬這類情況。一般是采用接地或其它屏蔽方法。對(duì)鎧裝熱電偶的分流誤差我們通常是以增大其直徑；增加絕緣層厚度；縮短加熱帶長(zhǎng)度；降低熱電偶的電阻值等方法來(lái)降低誤差的。

總之，為了提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差，延長(zhǎng)熱電偶使用壽命，要求使用者不但要具備儀表方面的操作技能，而且還要具有物理、化學(xué)及材料等多方面知識(shí)，才能最大限度的降低熱計(jì)量表溫度傳感器的測(cè)量誤差。

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