K型熱電偶的測量與誤差解決

　　熱電偶線，是用于連接熱電偶的冷端到控制室顯示儀表的，進(jìn)行冷端的溫度補(bǔ)償。并且由于熱電偶的種類多，不同型號的熱電偶要配備相應(yīng)的熱電偶線。

　　作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

　　K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

　　鎳鉻-偶(K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2～4.0mm。

　　正極(KP)的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=92：12，負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為：Ni：Si=99：3，其使用溫度為-200~1300℃。

　　K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用在氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。

　　K型熱電偶不能直接在高溫下用在硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用在弱氧化氣氛。

　　特點(diǎn)優(yōu)勢

　　檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是：

　　①K型熱電偶測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

　?、贙型熱電偶測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。

　?、蹣?gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。

　　2根據(jù)溫度測量范圍及精度，選用相應(yīng)分度號的熱電偶

　　使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時(shí)，一般選用B型熱電偶;要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

　　組成結(jié)構(gòu)

　　K型熱電偶測溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。

　　在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢由溫差電勢和接觸電勢兩部分組成。接觸電勢：它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb，則在兩導(dǎo)體的接觸面上，電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同，由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電，導(dǎo)體B獲得電子而顯負(fù)電。因此，在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場，這個(gè)電場將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動地繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動，使從B到A的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢。

　　此電勢只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定，接觸電勢僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高，導(dǎo)體中的電子就越活躍，由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多，接觸面處所產(chǎn)生的電動勢就越大，即接觸電勢越大。

　　測量應(yīng)用

　　K型熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間實(shí)際上是比較復(fù)雜的，不同的試驗(yàn)條件會產(chǎn)生不同的測量結(jié)果，這是由于受周圍介質(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應(yīng)時(shí)間就短。

　　為了使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間具有可比性，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階 躍值為40-50℃。在實(shí)驗(yàn)過程中，水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度。

　　由于K型熱電偶在室溫附近熱電勢很小，熱響應(yīng)時(shí)間不容易測出，因此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進(jìn)行試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5，必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)是同一試驗(yàn) 至少三次測試結(jié)果的平均值，每次測量結(jié)果對于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。

　　誤差解決方法

　　由于K型熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進(jìn)行快速測量時(shí)這種影響尤為突出。所以應(yīng)盡可能采用熱電極較細(xì)、保護(hù)管直徑較小的熱電偶。測溫環(huán)境許可時(shí)，甚至可將保護(hù)管取去。

　　由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實(shí)際爐溫的差別也就越大。

　　當(dāng)用時(shí)間常數(shù)大的熱電偶測溫或控溫時(shí)，儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實(shí)際爐溫的波動可能很大。為了準(zhǔn)確地測量溫度，應(yīng)當(dāng)選擇時(shí)間常數(shù)小的熱電偶。時(shí)間常數(shù)與傳熱系數(shù)成反比，與K型熱電偶端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時(shí)間常數(shù)，除增加傳熱系數(shù)以外，最有效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導(dǎo)熱性能好的材料，管壁薄、內(nèi)徑小的保護(hù)套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護(hù)套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應(yīng)及時(shí)校正及更換。