劉 智（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 計(jì)量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

熱電偶測(cè)溫誤差分析及解決方法

劉 智
（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 計(jì)量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

摘 要：熱電偶是工業(yè)生產(chǎn)中較為常用的一種溫度傳感器，由于其使用簡(jiǎn)單且功能性較好，因此長(zhǎng)期以來(lái)一直作為溫度檢測(cè)元件被廣泛應(yīng)用。而在工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際的溫度測(cè)量過(guò)程中，由于安裝及使用過(guò)程中的一系列因素的影響，會(huì)使熱電偶在測(cè)溫過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定程度的誤差，影響溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性。本文將對(duì)熱電偶測(cè)溫過(guò)程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行原因分析，進(jìn)而探討熱電偶測(cè)溫誤差的解決方法。

關(guān)鍵詞：熱電偶；測(cè)溫誤差；誤差修正

1 熱電偶的測(cè)溫基本原理

溫度測(cè)量的方式一般分為接觸式測(cè)量和非接觸式兩大類(lèi)，由于溫度參數(shù)的特殊性，使其無(wú)法通過(guò)直接方式獲取，而必須要利用一些物理特性與溫度之間有著特定函數(shù)關(guān)系的物質(zhì)來(lái)進(jìn)行間接的測(cè)量獲取。

從溫度測(cè)量的方式來(lái)看，熱電偶屬于接觸式測(cè)溫，熱電偶測(cè)溫元件進(jìn)行溫度測(cè)量的基本原理是元件材料的熱電效應(yīng)，具體來(lái)說(shuō)，就是將電子密度不同的兩種金屬導(dǎo)體首尾相接組成閉合回路,當(dāng)回路兩端的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢(shì),形成熱電流,這樣就可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)以便于測(cè)量。利用熱電偶進(jìn)行溫度測(cè)量具有準(zhǔn)確度較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等特點(diǎn)，同時(shí)熱電偶測(cè)溫范圍相對(duì)較廣，信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳送，這也使熱電偶測(cè)溫裝置能夠好更好地實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)測(cè)以及自動(dòng)控制。然而熱電偶測(cè)溫元件的精度在實(shí)際的使用過(guò)程中會(huì)受到一系列因素的影響，結(jié)合熱電偶測(cè)溫的基本原理，并通過(guò)技術(shù)手段對(duì)熱電偶測(cè)溫誤差原因進(jìn)行分析，將能夠有效的控制測(cè)溫誤差的出現(xiàn)，提高熱電偶測(cè)溫的精度。

2 熱電偶測(cè)溫誤差及原因分析

（1）熱電偶安裝因素造成的誤差。熱電偶在安裝過(guò)程中位置的選擇不合理，以及實(shí)際測(cè)溫時(shí)插入被測(cè)環(huán)境的深度不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致熱電偶測(cè)溫誤差的產(chǎn)生。同時(shí)針對(duì)不同測(cè)溫對(duì)象，熱電偶插入的深度也要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，要根據(jù)實(shí)際測(cè)溫工作的需要，結(jié)合科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同對(duì)象測(cè)溫時(shí)插入的深度進(jìn)行準(zhǔn)確的確定。

（2）參考端溫度變化導(dǎo)致的測(cè)溫誤差。利用熱電偶進(jìn)行測(cè)溫的過(guò)程中參考端的溫度十分重要，參考端的溫度對(duì)熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)有著直接的影響，因此保持參考端的溫度的恒定，是保證熱電偶測(cè)溫精度的前提條件。一般情況下，參考端的溫度以保持0℃為最佳，但在實(shí)際的測(cè)溫工作中，并不容易取得0℃的理想值，因此采取一些其他的方法進(jìn)行溫度補(bǔ)償也是提高熱電偶測(cè)溫精度的常用措施。

（3）熱輻射以及導(dǎo)熱誤差。熱輻射誤差主要是由熱電偶測(cè)量端與環(huán)境的輻射熱交換所引起的，而導(dǎo)熱誤差則是由于沿?zé)犭娕奸L(zhǎng)度存在溫度梯度，而測(cè)量端必然會(huì)沿?zé)犭姌O導(dǎo)熱,使得指示溫度偏離實(shí)際溫度。

（4）熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差。由于熱電偶的測(cè)溫方式屬于接觸式，因此在測(cè)溫過(guò)程中熱電偶測(cè)溫元件需要通過(guò)一定時(shí)間的保持使其同被測(cè)的對(duì)象達(dá)到熱平衡，所需要保持的時(shí)間取決于熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間，熱響應(yīng)時(shí)間則根據(jù)具體的測(cè)量環(huán)境條件以及熱電偶的結(jié)構(gòu)而有所差別。對(duì)于靜止的測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境熱電偶在保持一定時(shí)間后可以準(zhǔn)確測(cè)量出溫度數(shù)據(jù)，然而當(dāng)測(cè)量對(duì)象及環(huán)境的溫度時(shí)刻變化時(shí)，往往對(duì)熱電偶的熱反應(yīng)時(shí)間有著很高的要求，當(dāng)傳感器的熱響應(yīng)速度無(wú)法跟上被測(cè)環(huán)境溫度的變化速度時(shí)，就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法達(dá)到熱平衡而產(chǎn)生誤差。

（5）測(cè)量系統(tǒng)漏電引起的熱電偶測(cè)溫誤差。熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)在使用過(guò)程中，會(huì)因?yàn)榻^緣層損壞等原因造成系統(tǒng)漏電，導(dǎo)致熱電勢(shì)受到影響，使儀表的指示溫度與實(shí)際的溫度之間出現(xiàn)誤差，較嚴(yán)重的將導(dǎo)致測(cè)量系統(tǒng)的失靈。

3 熱電偶測(cè)溫誤差的修正

（1）結(jié)合實(shí)際測(cè)量需要，合理選擇測(cè)溫點(diǎn)，準(zhǔn)確控制熱電偶插入深度。選擇具有代表性的測(cè)溫點(diǎn)是保障熱電偶測(cè)溫的準(zhǔn)確性的基本條件，在實(shí)際測(cè)量工作中，要結(jié)合對(duì)被測(cè)設(shè)備的研究以及設(shè)備正常工作過(guò)程中的溫度特性，找到最典型的點(diǎn)位作為測(cè)溫點(diǎn)，才能達(dá)到有效的測(cè)溫與控溫的目的。要根據(jù)測(cè)量對(duì)象的不同，以及測(cè)溫裝置保護(hù)管材質(zhì)的區(qū)別來(lái)進(jìn)行插入深度的設(shè)定，通過(guò)一些相應(yīng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效的參考與指導(dǎo)，進(jìn)而確定不同測(cè)量工作條件下的插入深度。

（2）參考端溫度變化導(dǎo)致測(cè)溫誤差的修正方法有很多種，其中較常用的方法包括：恒溫器法、補(bǔ)償電橋法以及補(bǔ)償導(dǎo)線法等。恒溫器法主要是通過(guò)冰點(diǎn)恒溫器的使用，使熱電偶的參考端溫度保持恒定，將參考端溫度控制在0℃以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。補(bǔ)償電橋法，是通過(guò)在測(cè)溫系統(tǒng)加入一個(gè)具有電壓補(bǔ)償作用的橋路裝置，讓該裝置的電壓隨溫度升高而升高，針對(duì)性的補(bǔ)償參考端溫度變化造成的熱電勢(shì)的降低值，使系統(tǒng)中的電壓數(shù)值維持相對(duì)平衡，進(jìn)而保持系統(tǒng)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。補(bǔ)償導(dǎo)線法的原理是利用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶參考端延長(zhǎng)至溫度相對(duì)恒定的地方，進(jìn)行有效的修正，但補(bǔ)償導(dǎo)線法的修正作用不足以完全消除參考端溫度變化導(dǎo)致的測(cè)溫誤差，所以在使用補(bǔ)償導(dǎo)線法進(jìn)行誤差修正時(shí)還要結(jié)合其他的方法，共同作用來(lái)進(jìn)行有效的修正，進(jìn)而減小原參考端溫度變化對(duì)測(cè)量精度的影響。

（3）針對(duì)熱輻射導(dǎo)致的測(cè)量誤差可以通過(guò)兩種方法進(jìn)行修正，一是加劇對(duì)流換熱,二是削弱輻射換熱。對(duì)于導(dǎo)熱誤差的修正也可以通過(guò)采取大多數(shù)可以加強(qiáng)對(duì)流或是削弱導(dǎo)熱的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（4）對(duì)熱電偶動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差的修正，主要通過(guò)提高溫度傳感器的熱響應(yīng)速度，縮短傳感器熱響應(yīng)滯后時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間與熱電偶接點(diǎn)的體積以及與被測(cè)介質(zhì)的接觸面積有關(guān)，因此在實(shí)際溫度測(cè)量中，減小熱電偶接點(diǎn)的體積，從而減小接點(diǎn)部分的熱容量，或通過(guò)改變接點(diǎn)的形狀等方式增大接點(diǎn)與被測(cè)介質(zhì)的接觸面積，都可以有效的減少熱響應(yīng)的滯后時(shí)間。此外，通過(guò)改變熱電偶的材質(zhì)，提高熱電偶的熱響應(yīng)速度也是修正動(dòng)態(tài)響應(yīng)誤差的有效方法。

（5）針對(duì)溫度測(cè)量系統(tǒng)漏電引起的測(cè)量誤差，要加強(qiáng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的日常檢修與養(yǎng)護(hù)，確保測(cè)量系統(tǒng)絕緣性能的正常發(fā)揮，同時(shí)采取接地以及其他的屏蔽方法來(lái)進(jìn)行誤差修正，還可以通過(guò)增大熱電偶直徑，增加絕緣層的厚度，降低電阻值以及調(diào)整加熱帶的長(zhǎng)度等措施來(lái)進(jìn)行鎧裝熱電偶分流誤差的修正。

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