浅谈热电偶温度误差与修正方法

浅谈热电偶温度误差与修正方法

邱成范俊

广西壮族自治区计量检测研究院广西南宁

摘要：热电偶结构很简单，测量的精度很高而且测量时根本不需要外加电源就可以完成温度的测量任务，因此在工业生产中热电偶的应用非常普遍。温度是工业生产中要求非常高的控制要素，如果温度出现误差，就可能影响产品的质量，带来巨大的经济损失，因此在生产中一定要按照操作规范使用热电偶，提高热电偶的精度，尽可能的减少误差对生产带来的不良影响。本文简要概述热电偶温度计量的工作原理，分析温度误差的形成原因，并提出热电偶温度误差的修正方法，以期为读者提供技术参考。

关键词：热电偶；计量误差；形成原因；修正方法

1热电偶测温的工作原理

热电偶的结构组成很简单，主要由热电极、接线装置和绝缘保护管等组成。通过将两种不同材质的金属焊接到一起，形成一个闭合回路。因此不同金属中的自由电子的气密度不一样，因此在温度作用下两种不同的金属的焊接处会出现具有差异的自由电子扩散，导致闭合回路内形成电势差，从而出现电流。当两接头处温度相同，两端的电势值相同，方向相反，电势差为零，闭合回路中就不会出现电流。两接头处的温度不同，两端的电势值也会不同，就会形成电势差，闭合回路中出现电流。如果一端的温度已知，通过测量出闭合回路中的电流大小，就可以推算出另外一接头的温度大小。

2热电偶温度误差的形成原因

2.1热电偶电极材料不均匀

如果热电偶两端的电极材料不均匀，那么在温度测量时影响闭合回路中的电流大小的因素就不单单只是温度的大小了，还有材料不均匀形成的附加电势，这样测量出来的温度就会失真。因此在选择电极材料时要做好材料的成分和杂质的分析，对于金属表面已经出现被氧化等现象的材料要进行相应的处理或者放弃选用。

2.2测温点的选择和插入深度

温度测量点的选择是影响测量温度大小的重要影响因素，就像人在测量体温的时候会选择口腔，腋下一样，选择的测量点要具有一定的代表性。如果测量点没有代表性，那么测出来的结果也会没有意义，更不能指导生产。另外一方面是热电偶测量时插入的深度，其实插入的深度选择也是测量点的选择的一项形式。由于待测温度的物体与外界存在一定的温度差，在测量过程中热电偶中的传感器会随着接线的延长与外界发生热交换，导致量测的温度不准确，不能代表被测物的真实温度。另外由于绝缘线的保护管的材质问题，也会影响温度的测量结果。比如陶瓷材质的保护管，由于陶瓷的热传导的能力弱些，因此与外界发生的热交换会相对少一些，因此插入深度就相对要浅一些。但是如果是金属材质的保护管，因此金属与外界发生热交换的能力很强，导致在测量中热量的流失比较严重，因此在测量时需要将电极插入的更加深一些，防止热量的损失。

2.3测量系统漏电

如果热电偶的使用时间比较长，而且没有重视热电偶的维修保养，造成绝缘保护管脱漏或者失效，就会影响测量系统漏电。一旦测量系统出现漏电的情况，闭合回路中的电流就会出现损失，那么电势差就出现偏差，从而导致测得温度值就会偏低。

2.4热辐射与导热问题

温度的传递一般有三种不同的形式，热对流、热传导、热辐射，因此我们在进行热电偶测量温度时不仅会发生热传导，还会出现热辐射。一般在液体介质中热传导的速度比较快，热辐射的影响因素可以忽略，但是在气体介质中，热辐射会导致热电偶的温度比介质中的温度高，热电偶会通过热传导形式向介质中散热，但是如果热辐射的热量比散热的热量要大时，这时测量的温度就是比介质中的温度高，导致测量的温度要比实际的温度高。

2.5热平衡的控制不准确

从热电偶测量的原理可以看出，要做到热电偶测量的温度的准确性，必须要保证热电偶的电极温度与被测物的温度一致，两者达到热平衡状态，此时显示的温度才能真正代表被测物的温度。由于电极的材料不同、传温介质不一样，测温元件对温度的响应时间也会长短不一，就会影响温度测量结果出现误差，因此如何控制测温元件和被测物的热平衡也是非常重要的。由于气体与液体相比更加不容易传热，因此如果是在气体介质中测量，那么达到热平衡的时间就需要长一些；在液体中达到热平衡时间就相对短一些。如果没有考虑到传热介质的影响，测量时没有达到热平衡的时间，那么测量出来的温度就是偏低的。

2.6热阻抗增加的问题

随着热电偶的使用时间的增加，绝缘保护管上会出现一些沉淀物质，这些物质包裹在保护管外侧，导致热阻抗增加，影响温度的传导速度，导致热平衡的时间延长，从而使测量的温度比实际温度低一些。

3热电偶温度误差的修正方法

3.1选择合适的测量点和插入深度

在使用热电偶进行温度测量时，要根据热电偶的材质特性、被测物体的特性等选择合适的热电偶。在测量点的选择上一定要具有代表性，插入的深度也要考虑到周围环境的温度以及传热介质的类型等。因此在选择合适的插入深度时首先要考虑周围环境的温度影响，如果周围的环境温度偏低，那么在测量时通过热传导流失的热量会很多，就会造成测量的温度偏低。然后要考虑热电偶保护管的材质，不同材质的保护管的导热系数不一样，因此陶瓷保护管的热电偶的插入深度要比金属保护管的热电偶的插入深度深一些。最后是被测物的状态，在工业生产中需要测量的物体的状态有静态的也有动态的，因此选择的出入深度也要有所不同。一般来说动态被测物的插入深度相比于静态的被测物要浅一些。

3.2防止测量系统漏电

测量系统漏电会引起热电偶温度误差很大，一般绝缘不良是造成测量系统漏电的主要原因，因此在热电偶使用中我们要做好热电偶测量设备的定期维护保养。随着使用时间的增大，在长期高温的作用下，绝缘保护管的绝缘性能会有所下降，进而造成测量系统漏电的情况发生。因此我们要定期对绝缘保护管进行检查更换，同时也要不定期的抽查，防止定期检查中出现疏忽。另外可以将热电偶的负极接地，避免热电偶漏电，从而防止热电偶中的电流分流，保障测量温度的准确性。

3.3对热辐射问题进行修正

对热辐射问题的修正方法一般是采用削弱热辐射或加强对流换热两个原理。首先削弱热辐射，尽量的保持热电偶的温度与炉内介质的温度相近，防止热辐射导致热电偶温度升高，另外在热电偶的安置上，尽量选择可以避开热辐射的位置安装，或者在热电偶上带上防热辐射的保护套。其次是加强对流换热，热辐射对温度测量产生的影响主要是因为热辐射的热量大于热电偶与热电偶的散热量，所以加强对流，例如选用金属保护套的热电偶，让热电偶的散热更加的迅速，就可以避免热辐射带来的影响。

3.4合理控制热平衡的时间点

达到热平衡的时间长短取决于传感器的材质、外界的环境等等，而且这些因素对响应时间的影响很大，如果不能正确的把握达到热平衡的时间，那么测量的温度误差会很大。很多被测物的温度随着外界的影响一直处于变动的状态中，普通的热电偶根本达不到这么精准的控制，因此在特殊情况下，我们需要选用灵敏度更高的热电偶。

4结束语

热电偶的出现让工业生产中对温度的控制更加的方便，更加的准确，为我们的工业生产技术的发展起到了很大的推动作用。但是目前热电偶在测量温度时由于很多因素，导致测量的温度存在误差，严重影响了生产效率和产品的质量，因此如何提高热电偶温度修正技术，减少温度测量的误差，是眼下的重要任务。我们将影响热电偶温度精度的因素研究的更加的透彻，才能更好的避免这些因素带来的误差，做好误差的修正。

参考文献

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[3]于颖.谈热电偶的温度计量误差[J].计量与测试技术，2015（02）