劉 智（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 計量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

熱電偶測溫誤差分析及解決方法

劉 智
（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 計量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

摘 要：熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中較為常用的一種溫度傳感器，由于其使用簡單且功能性較好，因此長期以來一直作為溫度檢測元件被廣泛應(yīng)用。而在工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際的溫度測量過程中，由于安裝及使用過程中的一系列因素的影響，會使熱電偶在測溫過程中會出現(xiàn)一定程度的誤差，影響溫度測量的準(zhǔn)確性。本文將對熱電偶測溫過程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行原因分析，進(jìn)而探討熱電偶測溫誤差的解決方法。

關(guān)鍵詞：熱電偶；測溫誤差；誤差修正

1 熱電偶的測溫基本原理

溫度測量的方式一般分為接觸式測量和非接觸式兩大類，由于溫度參數(shù)的特殊性，使其無法通過直接方式獲取，而必須要利用一些物理特性與溫度之間有著特定函數(shù)關(guān)系的物質(zhì)來進(jìn)行間接的測量獲取。

從溫度測量的方式來看，熱電偶屬于接觸式測溫，熱電偶測溫元件進(jìn)行溫度測量的基本原理是元件材料的熱電效應(yīng)，具體來說，就是將電子密度不同的兩種金屬導(dǎo)體首尾相接組成閉合回路,當(dāng)回路兩端的溫度不同時,在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢,形成熱電流,這樣就可將溫度信號轉(zhuǎn)換為電壓信號以便于測量。利用熱電偶進(jìn)行溫度測量具有準(zhǔn)確度較高、動態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，同時熱電偶測溫范圍相對較廣，信號可以遠(yuǎn)距離傳送，這也使熱電偶測溫裝置能夠好更好地實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測以及自動控制。然而熱電偶測溫元件的精度在實(shí)際的使用過程中會受到一系列因素的影響，結(jié)合熱電偶測溫的基本原理，并通過技術(shù)手段對熱電偶測溫誤差原因進(jìn)行分析，將能夠有效的控制測溫誤差的出現(xiàn)，提高熱電偶測溫的精度。

2 熱電偶測溫誤差及原因分析

（1）熱電偶安裝因素造成的誤差。熱電偶在安裝過程中位置的選擇不合理，以及實(shí)際測溫時插入被測環(huán)境的深度不當(dāng)，都會導(dǎo)致熱電偶測溫誤差的產(chǎn)生。同時針對不同測溫對象，熱電偶插入的深度也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，要根據(jù)實(shí)際測溫工作的需要，結(jié)合科學(xué)的實(shí)驗數(shù)據(jù)，對不同對象測溫時插入的深度進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。

（2）參考端溫度變化導(dǎo)致的測溫誤差。利用熱電偶進(jìn)行測溫的過程中參考端的溫度十分重要，參考端的溫度對熱電偶的熱電動勢有著直接的影響，因此保持參考端的溫度的恒定，是保證熱電偶測溫精度的前提條件。一般情況下，參考端的溫度以保持0℃為最佳，但在實(shí)際的測溫工作中，并不容易取得0℃的理想值，因此采取一些其他的方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償也是提高熱電偶測溫精度的常用措施。

（3）熱輻射以及導(dǎo)熱誤差。熱輻射誤差主要是由熱電偶測量端與環(huán)境的輻射熱交換所引起的，而導(dǎo)熱誤差則是由于沿?zé)犭娕奸L度存在溫度梯度，而測量端必然會沿?zé)犭姌O導(dǎo)熱,使得指示溫度偏離實(shí)際溫度。

（4）熱電偶動態(tài)響應(yīng)誤差。由于熱電偶的測溫方式屬于接觸式，因此在測溫過程中熱電偶測溫元件需要通過一定時間的保持使其同被測的對象達(dá)到熱平衡，所需要保持的時間取決于熱電偶的熱響應(yīng)時間，熱響應(yīng)時間則根據(jù)具體的測量環(huán)境條件以及熱電偶的結(jié)構(gòu)而有所差別。對于靜止的測量對象以及測量環(huán)境熱電偶在保持一定時間后可以準(zhǔn)確測量出溫度數(shù)據(jù)，然而當(dāng)測量對象及環(huán)境的溫度時刻變化時，往往對熱電偶的熱反應(yīng)時間有著很高的要求，當(dāng)傳感器的熱響應(yīng)速度無法跟上被測環(huán)境溫度的變化速度時，就會因為無法達(dá)到熱平衡而產(chǎn)生誤差。

（5）測量系統(tǒng)漏電引起的熱電偶測溫誤差。熱電偶測溫系統(tǒng)在使用過程中，會因為絕緣層損壞等原因造成系統(tǒng)漏電，導(dǎo)致熱電勢受到影響，使儀表的指示溫度與實(shí)際的溫度之間出現(xiàn)誤差，較嚴(yán)重的將導(dǎo)致測量系統(tǒng)的失靈。

3 熱電偶測溫誤差的修正

（1）結(jié)合實(shí)際測量需要，合理選擇測溫點(diǎn)，準(zhǔn)確控制熱電偶插入深度。選擇具有代表性的測溫點(diǎn)是保障熱電偶測溫的準(zhǔn)確性的基本條件，在實(shí)際測量工作中，要結(jié)合對被測設(shè)備的研究以及設(shè)備正常工作過程中的溫度特性，找到最典型的點(diǎn)位作為測溫點(diǎn)，才能達(dá)到有效的測溫與控溫的目的。要根據(jù)測量對象的不同，以及測溫裝置保護(hù)管材質(zhì)的區(qū)別來進(jìn)行插入深度的設(shè)定，通過一些相應(yīng)的科學(xué)實(shí)驗進(jìn)行有效的參考與指導(dǎo)，進(jìn)而確定不同測量工作條件下的插入深度。

（2）參考端溫度變化導(dǎo)致測溫誤差的修正方法有很多種，其中較常用的方法包括：恒溫器法、補(bǔ)償電橋法以及補(bǔ)償導(dǎo)線法等。恒溫器法主要是通過冰點(diǎn)恒溫器的使用，使熱電偶的參考端溫度保持恒定，將參考端溫度控制在0℃以確保測量的準(zhǔn)確性。補(bǔ)償電橋法，是通過在測溫系統(tǒng)加入一個具有電壓補(bǔ)償作用的橋路裝置，讓該裝置的電壓隨溫度升高而升高，針對性的補(bǔ)償參考端溫度變化造成的熱電勢的降低值，使系統(tǒng)中的電壓數(shù)值維持相對平衡，進(jìn)而保持系統(tǒng)溫度測量的準(zhǔn)確度。補(bǔ)償導(dǎo)線法的原理是利用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶參考端延長至溫度相對恒定的地方，進(jìn)行有效的修正，但補(bǔ)償導(dǎo)線法的修正作用不足以完全消除參考端溫度變化導(dǎo)致的測溫誤差，所以在使用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行誤差修正時還要結(jié)合其他的方法，共同作用來進(jìn)行有效的修正，進(jìn)而減小原參考端溫度變化對測量精度的影響。

（3）針對熱輻射導(dǎo)致的測量誤差可以通過兩種方法進(jìn)行修正，一是加劇對流換熱,二是削弱輻射換熱。對于導(dǎo)熱誤差的修正也可以通過采取大多數(shù)可以加強(qiáng)對流或是削弱導(dǎo)熱的措施來實(shí)現(xiàn)。

（4）對熱電偶動態(tài)響應(yīng)誤差的修正，主要通過提高溫度傳感器的熱響應(yīng)速度，縮短傳感器熱響應(yīng)滯后時間來實(shí)現(xiàn)。通過科學(xué)的實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)熱電偶的熱響應(yīng)時間與熱電偶接點(diǎn)的體積以及與被測介質(zhì)的接觸面積有關(guān)，因此在實(shí)際溫度測量中，減小熱電偶接點(diǎn)的體積，從而減小接點(diǎn)部分的熱容量，或通過改變接點(diǎn)的形狀等方式增大接點(diǎn)與被測介質(zhì)的接觸面積，都可以有效的減少熱響應(yīng)的滯后時間。此外，通過改變熱電偶的材質(zhì)，提高熱電偶的熱響應(yīng)速度也是修正動態(tài)響應(yīng)誤差的有效方法。

（5）針對溫度測量系統(tǒng)漏電引起的測量誤差，要加強(qiáng)對測量系統(tǒng)的日常檢修與養(yǎng)護(hù)，確保測量系統(tǒng)絕緣性能的正常發(fā)揮，同時采取接地以及其他的屏蔽方法來進(jìn)行誤差修正，還可以通過增大熱電偶直徑，增加絕緣層的厚度，降低電阻值以及調(diào)整加熱帶的長度等措施來進(jìn)行鎧裝熱電偶分流誤差的修正。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪蘇瑯,洪培青.計量檢測中熱電偶焊接與故障的排除[J].計量與測試技術(shù),2011(05).

[2]付慧敏.淺談熱電偶傳感器的選用方法[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012(12).

[3]張紅.熱電偶測溫系統(tǒng)誤差剖析及處理對策[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2010(02).