0 引言
热电偶是目前各种测温场所普遍使用的温度传感器。热电偶是根据热电效应原理测量温度的, 即两种不同成分的导体焊接在一起, 当其两端处于不同温场时, 在回路中就会产生热电势, 通过测量热电势的大小从而测量出温度。为了测温准确, 热电偶在生产企业出厂时, 使用部门首次使用之前都要对热电偶进行检定;热电偶在使用过程中由于热电极的高温挥发、氧化腐蚀等原因, 出现老化变质使其热电特性改变, 造成测温不准确, 还要对热电偶进行周期检定。热电效应原理如图1所示。
1 检定中的注意事项
检定热电偶时常用比较法, 即利用标准热电偶和被检热电偶直接比较的一种分度方法。比较法又分为双极法、同名极法、微差法, 在实际检定中, 常采用双极法:将被检热电偶均匀围绕在标准热电偶的周围并将测量端处于同一垂直面上经捆扎后, 置于检定炉中的最高温区内, 用电测设备分别测出标准热电偶和被检热电偶的热电势值, 再利用分度表上的热电势和标准证书上的相应温度点的电势值、热电偶在各个分度点上的微分热电势就可以求出被检定热电偶在该温度点上与分度表的偏差。
为使检定热电偶的数据准确, 消除各种误差来源, 除了严格按照检定规程的要求操作外, 检定过程中的规范操作是十分必要的。
1) 察看热电偶的长度。在JJG 351—1996《工作用廉金属热电偶检定规程》中规定热电偶的长度不小于750 mm, JJF 1262—2010《铠装热电偶校准规范》中规定铠装热电偶的长度不小于500 mm, 之所以对热电偶长度作出规定, 是因为考虑到热电偶在离开测温区后要有足够宽的温度梯度区。为有效地阻止热电偶热端 (测量端) 的热量传给冷端 (接线端) , 最基本的方法就是热电偶的冷端以足够的距离远离热端。所以在检定前需确认热电偶的长度。
2) 观察热电偶偶丝的表层。热电偶的电极丝要表面光亮, 如发暗发黑会使热电偶热电特性极不稳定, 测量的数据准确性较差, 则需用小锤轻轻敲打掉或对偶丝进行清洗, 消除污染层。如果污染层过厚, 可将热电偶的测量端剪去一段直接焊接或将参考端和测量端互换, 重新焊接后再进行检定。
3) 观察热电偶偶丝的弯曲程度。检定前一定要把热电偶偶丝拉直。因为热电偶偶丝细而软, 极易变形, 当偶丝发生折叠、扭曲等塑性变形使热电极的偶丝产生应力时, 就改变了热电偶的热电特性, 从而使变形热电偶测量结果的准确性受到影响。
4) 检定规程中对热电偶插入深度有严格的规定, 即热电偶测量端应置于检定炉最高温区内, 由于在反复的操作中, 热电偶位置有所移动, 插入深度不当, 使热电偶的测量端没有处于检定炉的最高温区内, 造成结果不准确而误差超标。如果遇到这种情况, 应按检定规程的要求重新安装并进行检定。
5) 在日常检定过程中, 要根据不同类型的热电偶选择合适的升温速率、热平衡的时间。接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此, 在测温时需要保持一定时间, 才能使两者达到热平衡。保持时间的长短, 同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件, 差别极大。
6) 绝缘电阻的影响。热电偶在高温下, 其绝缘电阻随温度升高而急骤降低, 因此将产生漏电流, 该电流通过绝缘电阻已经下降的绝缘物流入仪表, 使仪表指示不稳或产生测量误差。因此, 在热电偶装炉之前不要忽视对其绝缘电阻的测试, 只有当满足检定规程要求时, 才能进行温度示值误差检定。
7) 补偿导线的使用。检定Ⅰ级热电偶时, 不允许使用补偿导线。因为Ⅰ级热电偶准确度高, 允差小, 而补偿导线都存在一定的误差。热电偶在检定过程中, 如遇到热电偶的长度较短与热源较近时, 需将热电偶的冷端应用补偿导线相连接插入到冰点瓶中, 补偿导线的型号必须与热电偶相匹配, 极性不能接错;若用冷端温度补偿的传感器应尽量与热电偶的冷端靠近, 使冷端温度补偿更加准确, 同时要防止各冷端短路。
8) 热电偶的参考端温度始终保持在0℃。在热电偶检定时, 要将热电偶的参考端置于0℃恒温器中, 使得热电偶的参考端温度为0℃。在实际检定工作中, 参考端温度可能会因为炉温升高而发生变化, 从而影响测量结果。对于这种情况, 可以使用经计量确认合格, 温度始终保持为 (0±0.1) ℃的零度恒温器, 也可以不断配置冰水混合物, 以调整参考端温度, 或采用热电势补正法, 用公式E (t, 0) =E (t, t1) +E (t1, 0) 计算参考端温度偏离0℃时的热电动势。
9) 检定结束后, 先小心地把堵住炉口的石棉绳去掉, 将被检热电偶和标准热电偶的接线拆除, 待炉温冷却至室温后, 方可撤除热电偶。这样做的目的是防止热电偶退火, 以延长热电偶的使用寿命。
2 结论
综上所述, 在热电偶检定过程中, 严格遵循检定规程的规范操作, 以消除各种误差来源, 才能得到准确测温的热电偶, 才能为工业生产和科学实验提供可靠的测温数据。