为了检定热电偶, 相应的检定装置被研制出来, 随着计算机的普及和数字式仪表的发展, 热电偶的自动检定系统有了很大的发展, 本文对其中的一些具体细节进行了探讨。

传统的热电偶自动检定系统主要由热电偶检定炉、控温仪表、转换开关、数字多用表和计算机及相应的配套软件组成。

对热电偶的检定采用的是比较测温法, 其工作过程大致由两部分构成, 即控温过程、数据采集及处理过程。将被检热电偶和标准器捆扎好后放入热电偶检定炉中, 然后进行升温保温, 达到测量要求后, 数字多用表通过转换开关读取标准热电偶和被检热电偶的热电势值, 通过计算机计算误差值完成检定。

检定炉温场极大地影响着热电偶检定的准确性, 以K型热电偶为例, 根据JJG351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》的要求, 检定炉在1000℃时中心轴向需要分别有60mm温差不超过1℃, 径向不超过1℃的温场, 由于工业用热电偶直径粗, 焊点大, 热电偶的捆扎对检定结果会有不小的影响。

为了克服单点控温给温场带来的局限性, 三段控温的热电偶检定炉被研制出来, 通过调试, 其温场可以达到200mm内0.5℃的温差, 可以大大提高检定的精度, 减小测量的不确定度。

在传统的热电偶检定系统中, 控温系统和测温系统是分开的。由控温表和控温热电偶控制炉温, 升温到检定温度点附近后, 再读取标准热电偶的温度 (即炉内标准被检的实际温度) 进行控温稳定度的判定, 达到测量要求后开始进行测量。在实际检测中就会发现, 当控温仪表达到检测温度时, 炉内的实际温度通常还会有几十摄氏度的差距, 升温和温度的稳定可能还要需要半小时左右的时间, 这就造成检测时间长。这是由于控温仪表的PID参数是对控温热电偶而言, 标准热电偶由于和被检捆扎在一起, 由于热传递慢导致了滞后性, 所以可以将标准热电偶作为控温热电偶, 对PID参数进行重新调节整定, 可以较少升温和恒温的时间, 提高检测效率。

在传统的检定系统中, 由数字多用表控制转换开关运转, 读取标准和被检的数据, 采用标准—被检1—被检2—…—被检N—被检N—…—被检2—被检1的顺序读取数据2次, 在一定程度上消除了读取过程中温度变化产生的影响, 但还是存在一定的误差。由于转换开关的特性, 一次转换和读取数据的时间在2秒左右, 当被检数量较多时, 读取的时间就比较长。

用多路数据采集卡 (如堆栈式数字测温仪) 同时读取标准和被检的数据就可以极大地消除上述误差影响, 也节约了测量的时间。

热电偶的热电势与测量端温度和参考端温度有关, 参考端温度的准确性也极大影响热电偶检定的准确性。在检定规程中需要将热电偶的参考端放在冰点, 在实际操作中, 工业热电偶很难操作, 通常是将被测热电偶的参考端放置在一个恒温箱中, 测量恒温箱的温度进行温度补偿。但是恒温箱中, 温度的不均匀性也会给测量带来不小的误差, 通常在0.5℃以下, 相比Ⅰ级K型热电偶在400℃的允许误差±1.6℃来说已经算不小。

用热电偶补偿导线会是一个更好的选择, 热电偶补偿导线稳定性较好, 进行计量后得到相应温度点的误差值, 只需对测量结果进行相应的修正即可。

工作用廉金属热电偶检定规程由于年代较为久远, 测量方法和设备要求已经落后于时代的发展。对上述问题的一些探讨, 可以有效地提高测量精度, 提高测量效率, 其中的一些方法已经在实际工作中使用, 得到了验证。