摘要：熱電偶不均勻性是影響熱電偶測(cè)溫準(zhǔn)確度的主要因素，因此在使用之前需對(duì)熱電偶的性能以及使用方法等具有深刻的認(rèn)識(shí)。本文探討了熱電偶不均勻性的表現(xiàn)形式以及影響因素，提出了測(cè)試熱電偶不均勻性的方法。

關(guān)鍵詞：熱電偶 不均勻性 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法 分析與研究

中圖分類號(hào)：TM1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2012）08（c）-0084-01

熱電偶是工業(yè)中[1]測(cè)量溫度所采用的最廣泛的一種感溫元件。當(dāng)將熱電偶作為感溫元件應(yīng)用在實(shí)際工作中時(shí)，由于電偶的參考端以及工作端之間存在溫差，從而產(chǎn)生了熱電勢(shì)。將熱電偶和測(cè)量電勢(shì)的二次測(cè)溫儀結(jié)合使用，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距測(cè)溫。但由于熱電偶存在著材料等眾多影響測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的因素，因此在使用的時(shí)候要首先了解它的使用特點(diǎn)和性能。

在熱電偶測(cè)溫準(zhǔn)確度的影響因素中，熱電偶不均勻性是最關(guān)鍵的。如果熱電偶的熱電極材料是均勻的，那么它的回路熱電勢(shì)只與兩端溫度有關(guān)，而不受電極整一段長(zhǎng)度溫度分布的影響。如果熱電極材料不均勻，則回路中會(huì)有附加熱電勢(shì)的產(chǎn)生，從而影響熱電偶回路中的總熱電勢(shì)。因此，熱電偶均勻性通常被作為衡量熱電偶質(zhì)量的指標(biāo)。

1 熱電偶不均勻性

（1）熱電偶不均勻性的表現(xiàn)

熱電偶不均勻性表現(xiàn)在熱電勢(shì)沿著熱電極絲長(zhǎng)度分布的不均勻，它可以分為延伸不均勻性和局部不均勻性。延伸不均勻性是指熱電勢(shì)沿著絲材的長(zhǎng)度方向逐漸變化，是絲材在制作過(guò)程中產(chǎn)生的或者在不均勻溫度場(chǎng)的長(zhǎng)期作用下產(chǎn)生的。局部不均勻性是指熱電勢(shì)的分布局限在熱電極的某一段上，它會(huì)引起熱電性能的驟然變化，并且不具有規(guī)律性，可能是由于熱電極中摻有雜質(zhì)。在制造熱電偶時(shí)，用同一種生產(chǎn)爐生產(chǎn)出來(lái)的絲材所產(chǎn)生的不均勻性屬于延伸不均勻性，而局部不均勻性是針對(duì)一對(duì)熱電偶熱電性能的比較而言的。一般可以可以采用溫度梯度長(zhǎng)度來(lái)區(qū)分這兩種不均勻性，當(dāng)熱電極的長(zhǎng)度和溫度梯度長(zhǎng)度相一致時(shí)，可判定該不均勻性為局部不均勻性。

（2）熱電偶不均勻性的影響因素[2]

影響熱電偶不均勻性的因素有很多，歸納起來(lái)，一般是由化學(xué)和物理因素引起的。化學(xué)因素包括：①熱電極材料中含有很多雜質(zhì)，且雜質(zhì)成分偏析，分布不均勻②分布在熱電極表面上的金屬產(chǎn)生局部氧化和揮發(fā)，從而造成了熱電偶的不均勻；③熱電極中除了金屬之外，還有一些其他元素會(huì)進(jìn)行選擇性的氧化，也帶來(lái)了不均勻性；④溫度很高時(shí)，工作端的熱擴(kuò)散會(huì)改變周圍的化學(xué)成分；⑤自然環(huán)境與氣侯，以及保護(hù)管的材料、絕緣材料等會(huì)從局部上污染和腐蝕熱電極，造成不均勻。物理因素包括：①應(yīng)力的分布不均勻，使得電熱特性產(chǎn)生差異；②熱電極的組成材料中的晶粒的大小以及結(jié)構(gòu)不均勻，從而影響了熱電極的電熱特性。表1是熱電不均勻性的來(lái)源：

2 熱電偶不均勻性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法

（1）同名極法

該方法是把熱電偶的不均勻性假定在電偶絲的頭部和尾部，將配對(duì)熱電偶絲的的頭尾截去一米左右的長(zhǎng)度，焊接成熱電偶?；蛘呓厝ヮ^、中、尾各1.1m的長(zhǎng)度，且在任意部位取5.5m長(zhǎng)的一截，將其平分為5段，將這些焊接成熱電偶，或者將其與鉑絲焊接起來(lái)，利用規(guī)定的試驗(yàn)溫度用同名極法對(duì)其熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)一步判斷頭尾熱電勢(shì)之間的差值是否符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。這種方法不需要專用的設(shè)備來(lái)，且能和熱電偶的示值檢定同時(shí)間進(jìn)行，但是由于它不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電極絲的連續(xù)測(cè)量，因此對(duì)不均勻部位的判定也存在不準(zhǔn)確的情況。

（2）非接觸法[3]

點(diǎn)加熱法是將小型的單邊爐或者點(diǎn)溫爐作為加熱源，之所以稱為點(diǎn)加熱，是因?yàn)闋t子的體型很小。進(jìn)行熱電偶不均勻性測(cè)量的時(shí)候，由于為了保持爐溫的恒定，可以將爐沿著熱電極作軸向的運(yùn)動(dòng)，或者固定熱源，使熱電極移動(dòng)。利用測(cè)量?jī)x器，對(duì)熱電勢(shì)的變化進(jìn)行測(cè)量，并記錄該部位的熱電勢(shì)變化值，該值即為不均勻電勢(shì)。

點(diǎn)加熱方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電偶絲不均勻性的連續(xù)測(cè)量，并確定其發(fā)生的部位，但是由于該方法需要專門的設(shè)備，且測(cè)量比較復(fù)雜，因此并沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。對(duì)不均勻電勢(shì)進(jìn)行測(cè)試一般是針對(duì)單根的熱電極的，當(dāng)熱電偶絲配對(duì)時(shí)，通常用單根電極的不均勻電勢(shì)的平方和開(kāi)方得到的值來(lái)表示其最大不均勻性電勢(shì)。

（3）比較法

從所要檢測(cè)的熱電偶上截下一段絲材，與比較的電極焊接在一起，插入雙壁中空的容器或者爐子中，并記錄其熱電勢(shì)。比較電極通常要用均勻性很高的同類材料或者其他材料，這樣子所產(chǎn)生的熱電勢(shì)不均勻性代表大范圍內(nèi)的不均勻性。該方法具有操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，它常被廣泛應(yīng)用于熱電極絲材的的質(zhì)量檢驗(yàn)，但是測(cè)量效率較低，且不能實(shí)現(xiàn)對(duì)絲材性能的連續(xù)性研究。

（4）接觸法

接觸法是將被測(cè)量的熱電偶絲與與之接觸的參比熱電偶絲之間由于高溫所產(chǎn)生的熱電勢(shì)差值連續(xù)或者周期性記錄下來(lái)。該方法可以確定熱電偶絲的局部和延伸不均勻性，但是只能應(yīng)用于貴金屬的熱電極。因?yàn)榱畠r(jià)金屬熱電極的表面有一層絕緣的氧化層，使其不能與參比熱電偶充分接觸。

（5）兩介質(zhì)法

兩介質(zhì)法是將被檢測(cè)的熱電偶，在兩種介質(zhì)的分界面上以固定的速度通過(guò)，第一種介質(zhì)通常是室溫下的空氣，另一種是不具備導(dǎo)電能力的液體。由于液體導(dǎo)熱系數(shù)較大，當(dāng)其通過(guò)分界面時(shí)，熱電偶絲會(huì)被迅速加熱到液體的溫度，從而在介質(zhì)分界面形成了垂直溫度梯度，產(chǎn)生了不均勻的熱電勢(shì)，從而達(dá)到測(cè)量目的。

參考文獻(xiàn)

[1]蔡錫松.對(duì)熱電偶溫度計(jì)量誤差與修正方法的分析[J].工業(yè)技術(shù)，2011（17）.

[2]趙秀健.淺談熱電偶的均勻性[J].工業(yè)計(jì)量，2011（26）.

[3]楊振華.熱電偶不均勻性及實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法研究[D].天津：天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010（6）.