用铂铑铂的热电偶测温,已知参比温端温度为20度,测得热电势e=11.30mv,求被测温度
一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来,构成一个闭合回路,就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示:
EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)-热电偶的热电势;
EAB(t)-温度为t时工作端的热电势;
EAB(t0)-温度为t0时冷端的热电势。
从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,因此,只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t),将热电势送入显示仪表进行指示或记录,或送入微机进行处理,即可获得测量端温度t值。
要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质:
质材料定律:由一种均质材料组成的闭合回路,不论材料长度方向各处温度如何分布,回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的,否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势,从而因热电偶材料不均引入误差。
中间导体定律:在热电偶回路中插入第三种(或多种)均质材料,只要所插入的材料两端连接点温度相同,则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表,只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成,也可以借用均质等温的导体加以连接。
中间温度定律:两种不同材料组成的热电偶回路,其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和,其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时,只要能测得热电势EAB(t,to),且to已知,仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。
连接导体定律:在热电偶回路中,如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接(如下图所示),各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。
中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。
二、各种误差引起的原因及解决方式
2.1 热电偶热电特性不稳定的影响
2.1.1 玷污与应力的影响及消除方法
热电偶在生产过程中,偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的,同时,从偶丝的内部结构来看,不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力,可以通过退火的方法来基本消除,退火不合格所造成的误差,可达十分之几度到几度。它与待测温度及热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用,如果需要对高温用廉金属热电偶进行退火,那么退火温度应高于其使用温度上限,插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火,以清除热电偶的玷污与应力。
2.1.2 不均匀性的影响
一般来说热电偶若是由均质导体制成的,则其热电势只与两端的温度有关,若热电极材料不是均匀的,且热电极又处于温度梯度场中,则热电偶会产生一个附加热电势,即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态,材料的不均匀形式和不均匀程度,以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有:在化学成分方面如杂质分布不均匀,成分的偏析,热电极表面局部的金属挥发,氧化或某金属元素选择氧化,测量端在高温一的热扩散,以及热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。
在工业使用中,有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多,这将严重地影响热电偶的稳定性和互换性,其主要解决方式就是对其进行检验,只使用在误差允许范围内的热电偶。
2.1.3 热电偶不稳定性的影响
不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下,它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有:玷污,热电极在高温下挥发,氧化和还原,脆化,辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的,这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定,这样可以减少不稳定性引入的误差。
2.2 参考端温度影响及修正方法
热电偶的热电动势的大小与热电极材料以及工作端的温度有关。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的。在实际使用热电偶时,其冷端温度(参考端) 不但不为0 ℃,而且往往是变化的,测温仪表所测得的温度值就会产生很大误差,在这种情况下,我们通常采用如下方法来修正。
2.2.1 热电势补正法
由中间温度定律可知,参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)=EAB(t,t0)-EAB(tn,t0)。所以,用常温下的温度传感器,只要测出参比端的温度tn,然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E(tn,t0),再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加,得出的结果就是热电偶参比端温度为0度时,对应于测量端的温度为t时的热电势E(t,t0)最后再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度,这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天,可以利用软件处理方法,特别是在多点测量系统或高温测控中,采用这种方法,可很好的解决参比端温度的变化问题,只要随时准确的测出tn,就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表,并对非线性误差得到了校正,而且适应各种热电偶。
2.2.2 调仪表起始点法
由于仪表示值是EAB(tn,t0)对应于热电势,如果在测量线路开路的情况下,将仪表的指针零位调定到tn处,就当于事先给仪表加了一个电势EAB(tn,t0),当用闭合测量线路进行测温时,由热电偶输入的热电势EAB(tn,t0)就与EAB(t,tn)叠加,其和正好等于EAB(t,t0)。因此对直读式仪表采用调仪表起始点的方法十分简便。
2.2.3 补偿导线
采用补偿导线把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响,因此,还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。此时参考端己变为一个温度不变或变化很小的新参考端。此时的热电偶产生热电势己不受原参考端温度变化影响, EAB ( T、T10 ) 是新参考端温度T10 (不等于℃) ,且T10 为一常数时所测得热电势, TAB( T、T10 ) 是参考端温度T0 = 0 ℃时,工作端为T10时所测得热电势(热电偶分度表中可查出) 。
使用补偿导线时,不仅应注意补偿导线的极性,还应特别注意不要错用补偿导线,同时应注意补偿导线与热电偶连接处的两端温度保持相等,且温度在0-100℃(或0-150℃)之间,否则要产生测量误差。
2.2.4 参考端温度补偿器
补偿器是一个不平衡电桥,电桥的3 个桥臂电阻是电阻温度系数很小的锰铜丝绕制的。其阻值基本上不随温度变化而变化,并使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一个桥臂电阻Rt 是由电阻温度系数较大的铜绕制而成,并使其在20 ℃时Rt = R1 =1Ω ,此时电桥平衡,没有电压输出,当电桥所处温度发生变化时, Rt 的阻值也随之改变,于是就有不平衡电压输出,此输出电压用来抵消参考端温度变化所产生的热电势误差,从而获得补偿。(注:我国也有以0℃作为平衡点温度的)当温度达到40℃(即计算点温度)时桥路的输出电压恰好补偿了热电偶参比端温度偏离平衡点温度而产生的热电势变化量。
对电子电位差计,其测量桥路本身就具有温度自动补偿的功能,使用时无需再调整仪表的温度起始点。除了平衡点和计算点外,在其他各参比端温度值时只能得到近似的补偿,因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附加误差。
2.3 传热及热电偶安装的影响
由于热电偶测温是属于接触式测量,当热电偶插入被测介质时,它要从被测介质吸收热量使自身温度升高,同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量,当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡,此时热电偶达到了稳定的示值,但并不代表气流的真实温度,因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿,也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态,因此,它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强,测量端的温度偏离气流温度也愈大。
2.3.1 热辐射误差
热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的,这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法,一是加剧对流换热,二是削弱辐射换热。具体方法有:
尽量减少器壁与测量端的温差,即在管壁铺设绝热层;
在热电偶工作端加屏蔽罩;
增大流体放热系数,即增加流速,加强扰动,减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。
2.3.2 导热误差
在测量高温气流的温度时,由于沿热电偶长度存在温度梯度,故测量端必然会沿热电极导热,使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多,相应的误差就越大,因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有:
增加L/d;
将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装,安装时应注意使热电偶的端对着气流方向,并处在流速最大的位置上;
选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。
2.4 测量系统漏电影响
绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因,它对热电偶的准确度有很大的影响,能歪曲被测的热电势,使仪表显示失真,甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的,例如,热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差,使得热电流旁路。若电测设备漏电,也能使工作电流旁路,使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的,因此它对绝缘电阻的要求并不高,影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温,因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降,我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径;增加绝缘层厚度;缩短加热带长度;降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。
2.5 动态响应误差
热电偶插入被测介质后,由于本身具有热惰性,因此不能立即指示出被测气流的温度,只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中,热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差,这时热电偶除了有各种稳定的误差外,还存在由热电偶热惰性引入的偏差,即动态响应误差。克服这类误差的方法,一是确定动态响应误差,予以修正;二是将动态响应误差减少到允许要求的范围之内,此时可认为T测=T气。
2.6 短程有序结构变化(K状态)的影响
K型热电偶在250-600℃范围内使用时,由于其显微结构发生变化,形成短程有序结构,因此将影响热电势值而产生误差,这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化,当WCr在5%-30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差,因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理,其热电特性即可恢复。由于K状态的存在,使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序:由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点,不仅传热效果不佳,难以达到热平衡,而且,又恰好处于K状态误差最大范围。因此,对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象,不仅存在于K型,而且,在E型热电偶正极中也有此现象。但是,作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之,K状态与温度、时间有关,当温度分布或热电偶位置变化时,其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。
三、小结
通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识,得出了一些结论。热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差,有一些是由于加工制造过程中,或是测量系统及仪器本身存在的误差,还有一些则是人为造成的,对这一部分只要我们细心并对热电偶的特性有一定的了解则是可以避免的。
一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B连接起来,构成一个闭合回路,就构成热电偶。如图1所示。温度t端为感温端称为测量端, 温度t0端为连接仪表端称为参比端或冷端,当导体A和B的两个执着点t和t0之间存在温差时,就在回路中产生电动势EAB(t,t0), 因而在回路中形成电流,这种现象称为热电效应".这个电动势称为热电势,热电偶就是利用这一效应来工作的.热电势的大小与t和t0之差的大小有关.当热电偶的两个热电极材料已知时,由热电偶回路热电势的分布理论知热电偶两端的热电势差可以用下式表示:
EAB(t,t0)=EAB(t)-EAB(t0)
式中 EAB(t,t0)-热电偶的热电势;
EAB(t)-温度为t时工作端的热电势;
EAB(t0)-温度为t0时冷端的热电势。
从上式可看出!当工作端的被测介质温度发生变化时,热电势随之发生变化,因此,只要测出EAB(t,t0)和知道EAB(t0)就可得到EAB(t),将热电势送入显示仪表进行指示或记录,或送入微机进行处理,即可获得测量端温度t值。
要真正了解热电偶的应用则不得不提到热电偶回路的几条重要性质:
质材料定律:由一种均质材料组成的闭合回路,不论材料长度方向各处温度如何分布,回路中均不产生热电势。这条规律要求组成热电偶的两种材料必须各自都是均质的,否则会由于沿热电偶长度方向存在温度梯度而产生附加电势,从而因热电偶材料不均引入误差。
中间导体定律:在热电偶回路中插入第三种(或多种)均质材料,只要所插入的材料两端连接点温度相同,则所插入的第三种材料不影响原回路的热电势。这条定律表明在热电偶回路中可拉入测量热电势的仪表,只要仪表处于稳定的环境温度即可。同时还表明热电偶的接点不仅可经焊接而成,也可以借用均质等温的导体加以连接。
中间温度定律:两种不同材料组成的热电偶回路,其接点温度分别为t和to时的热电势EAB(t,to)等于热电偶在连接点温度为(t,tn)和(tn,to)时相应的热电势EAB(t,tn)和EAB(tn,to)的代数和,其中tn为中间温度。该定律说明当热电偶参比端温度不为0℃时,只要能测得热电势EAB(t,to),且to已知,仍可以采用热电偶分度表求得被测温度t值。
连接导体定律:在热电偶回路中,如果热电偶的电极材料A和B分别与连接导线A1和B1相连接(如下图所示),各有关接点温度为t,tn和to,那么回路的总热电势等于热电偶两端处于t和tn温度条件下的热电势EAB(t,tn)与连接导线A1和B1两端处于tn和to温度条件的热电势EA1B1(tn,to)的代数和。
中间温度定律和连接导体定律是工业热电偶测温中应用补偿导线的理论依据。
二、各种误差引起的原因及解决方式
2.1 热电偶热电特性不稳定的影响
2.1.1 玷污与应力的影响及消除方法
热电偶在生产过程中,偶丝经过多道缩径拉伸在其表面总是受玷污的,同时,从偶丝的内部结构来看,不可避免地存在应力及晶格的不均匀性。因淬火或冷加工引入的应力,可以通过退火的方法来基本消除,退火不合格所造成的误差,可达十分之几度到几度。它与待测温度及热电偶电极上的温度梯度大小有关。廉金属热电偶的偶丝通常以“退火”状态交付使用,如果需要对高温用廉金属热电偶进行退火,那么退火温度应高于其使用温度上限,插入深度也应大于实际使用的深度。贵金属热电偶则必须认真清洗(酸洗和四硼酸钠清洗)和退火,以清除热电偶的玷污与应力。
2.1.2 不均匀性的影响
一般来说热电偶若是由均质导体制成的,则其热电势只与两端的温度有关,若热电极材料不是均匀的,且热电极又处于温度梯度场中,则热电偶会产生一个附加热电势,即“不均匀电势”。其大小取决于沿热电极长度的温度梯度分布状态,材料的不均匀形式和不均匀程度,以及热电极在温度场所处的位置。造成热电极不均匀的主要原因有:在化学成分方面如杂质分布不均匀,成分的偏析,热电极表面局部的金属挥发,氧化或某金属元素选择氧化,测量端在高温一的热扩散,以及热电偶在有害气氛中受到玷污和腐蚀等。在物理状态方面有应力分布不均匀和电极结构不均匀等。
在工业使用中,有时不均匀电势引起的附加误差竟达30℃这多,这将严重地影响热电偶的稳定性和互换性,其主要解决方式就是对其进行检验,只使用在误差允许范围内的热电偶。
2.1.3 热电偶不稳定性的影响
不稳定性就是指热电偶的分度值随使用时间和使用条件的不同而起的变化。在大多数情况下,它可能是不准确性的主要原因。影响不稳定性的因素有:玷污,热电极在高温下挥发,氧化和还原,脆化,辐射等。若分度值的变化相对地讲是缓慢而又均匀的,这时经常进行监督性校验或根据实际使用情况安排周期检定,这样可以减少不稳定性引入的误差。
2.2 参考端温度影响及修正方法
热电偶的热电动势的大小与热电极材料以及工作端的温度有关。热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的。在实际使用热电偶时,其冷端温度(参考端) 不但不为0 ℃,而且往往是变化的,测温仪表所测得的温度值就会产生很大误差,在这种情况下,我们通常采用如下方法来修正。
2.2.1 热电势补正法
由中间温度定律可知,参考端温度为tn时的热电势EAB(t,tn)=EAB(t,t0)-EAB(tn,t0)。所以,用常温下的温度传感器,只要测出参比端的温度tn,然后从对应电偶的分度表中查出对应温度下的热电势E(tn,t0),再将这个热电势与所实测的E(t,tn)代数相加,得出的结果就是热电偶参比端温度为0度时,对应于测量端的温度为t时的热电势E(t,t0)最后再从分度表中查得对应于E(t,0)的温度,这个温度就是热电偶测量端的实际温度t。在计算机应用日益广泛的今天,可以利用软件处理方法,特别是在多点测量系统或高温测控中,采用这种方法,可很好的解决参比端温度的变化问题,只要随时准确的测出tn,就可以准确得到测量端温度。同时还充分应用了对应热电偶的分度表,并对非线性误差得到了校正,而且适应各种热电偶。
2.2.2 调仪表起始点法
由于仪表示值是EAB(tn,t0)对应于热电势,如果在测量线路开路的情况下,将仪表的指针零位调定到tn处,就当于事先给仪表加了一个电势EAB(tn,t0),当用闭合测量线路进行测温时,由热电偶输入的热电势EAB(tn,t0)就与EAB(t,tn)叠加,其和正好等于EAB(t,t0)。因此对直读式仪表采用调仪表起始点的方法十分简便。
2.2.3 补偿导线
采用补偿导线把热电偶的参考端延长到温度较恒定的地方,再进行修正。从本质上来说它并不能消除参考端温度不为0℃时的影响,因此,还应该与其它修正方法结合才能将补偿导线与仪表连接处的温度修正到0℃。此时参考端己变为一个温度不变或变化很小的新参考端。此时的热电偶产生热电势己不受原参考端温度变化影响, EAB ( T、T10 ) 是新参考端温度T10 (不等于℃) ,且T10 为一常数时所测得热电势, TAB( T、T10 ) 是参考端温度T0 = 0 ℃时,工作端为T10时所测得热电势(热电偶分度表中可查出) 。
使用补偿导线时,不仅应注意补偿导线的极性,还应特别注意不要错用补偿导线,同时应注意补偿导线与热电偶连接处的两端温度保持相等,且温度在0-100℃(或0-150℃)之间,否则要产生测量误差。
2.2.4 参考端温度补偿器
补偿器是一个不平衡电桥,电桥的3 个桥臂电阻是电阻温度系数很小的锰铜丝绕制的。其阻值基本上不随温度变化而变化,并使R1 = R2 =R3 = 1Ω。另一个桥臂电阻Rt 是由电阻温度系数较大的铜绕制而成,并使其在20 ℃时Rt = R1 =1Ω ,此时电桥平衡,没有电压输出,当电桥所处温度发生变化时, Rt 的阻值也随之改变,于是就有不平衡电压输出,此输出电压用来抵消参考端温度变化所产生的热电势误差,从而获得补偿。(注:我国也有以0℃作为平衡点温度的)当温度达到40℃(即计算点温度)时桥路的输出电压恰好补偿了热电偶参比端温度偏离平衡点温度而产生的热电势变化量。
对电子电位差计,其测量桥路本身就具有温度自动补偿的功能,使用时无需再调整仪表的温度起始点。除了平衡点和计算点外,在其他各参比端温度值时只能得到近似的补偿,因此采用冷端补偿器作为参比端温度的处理方法会带来一定的附加误差。
2.3 传热及热电偶安装的影响
由于热电偶测温是属于接触式测量,当热电偶插入被测介质时,它要从被测介质吸收热量使自身温度升高,同时又以热辐射方式和热传导方式向温度低的地方散发热量,当测量端各外散失的热量等于自气流中吸收的热量时即达到动态平衡,此时热电偶达到了稳定的示值,但并不代表气流的真实温度,因为测量端环境散失的热量是由气流的加热来补偿,也就是说测量端与气流的热交换处于不平衡状态,因此,它们的温度也不可能具有相同的数值。测量端与环境的传热愈强,测量端的温度偏离气流温度也愈大。
2.3.1 热辐射误差
热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的,这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法,一是加剧对流换热,二是削弱辐射换热。具体方法有:
尽量减少器壁与测量端的温差,即在管壁铺设绝热层;
在热电偶工作端加屏蔽罩;
增大流体放热系数,即增加流速,加强扰动,减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。
2.3.2 导热误差
在测量高温气流的温度时,由于沿热电偶长度存在温度梯度,故测量端必然会沿热电极导热,使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多,相应的误差就越大,因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有:
增加L/d;
将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装,安装时应注意使热电偶的端对着气流方向,并处在流速最大的位置上;
选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。
2.4 测量系统漏电影响
绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因,它对热电偶的准确度有很大的影响,能歪曲被测的热电势,使仪表显示失真,甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的,例如,热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差,使得热电流旁路。若电测设备漏电,也能使工作电流旁路,使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的,因此它对绝缘电阻的要求并不高,影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温,因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降,我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径;增加绝缘层厚度;缩短加热带长度;降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。
2.5 动态响应误差
热电偶插入被测介质后,由于本身具有热惰性,因此不能立即指示出被测气流的温度,只有当测量端吸、放热达到动态平衡后才达到稳定的示值。在热电偶插入后到示值稳定之前的整个不稳定过程中,热电偶的瞬时示值与稳定后的示值存在着偏差,这时热电偶除了有各种稳定的误差外,还存在由热电偶热惰性引入的偏差,即动态响应误差。克服这类误差的方法,一是确定动态响应误差,予以修正;二是将动态响应误差减少到允许要求的范围之内,此时可认为T测=T气。
2.6 短程有序结构变化(K状态)的影响
K型热电偶在250-600℃范围内使用时,由于其显微结构发生变化,形成短程有序结构,因此将影响热电势值而产生误差,这就是所谓的K状态。这是Ni-Cr合金特有的晶格变化,当WCr在5%-30%范围内存在着原子晶格从有序至无序为。由些引起的误差,因Cr含量及温度的不同而变化。一般在800℃以上短时间热处理,其热电特性即可恢复。由于K状态的存在,使K型热电偶检定规程中明文规定检定顺序:由低温向高温逐点升温检定。而且在400℃检定点,不仅传热效果不佳,难以达到热平衡,而且,又恰好处于K状态误差最大范围。因此,对该点判定合格与否时应很慎重。Ni-Cr合金短程有序结构变化现象,不仅存在于K型,而且,在E型热电偶正极中也有此现象。但是,作为变化量E型热电偶仅为K型的2/3。总之,K状态与温度、时间有关,当温度分布或热电偶位置变化时,其偏差也会发生很大变化。故难以对偏差大小作出准确评价。
三、小结
通过对热电偶原理及误差来源的总结,对以热电偶温度计量误差情况有了系统认识,得出了一些结论。热电偶的不稳定性、不均匀性、参考端温度变化、热传导以及热电偶安装使用不当会引起测量误差,有一些是由于加工制造过程中,或是测量系统及仪器本身存在的误差,还有一些则是人为造成的,对这一部分只要我们细心并对热电偶的特性有一定的了解则是可以避免的。
20度的热电势为 0.113mV;
11.30 + 0.113 = 11.413mV ; 对应温度为:1155.1℃。
(数据由软件查得,应以对照表为准)
热电偶中间温度定律:热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势。等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。
应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值,也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值。需按中间温度定律进行修正。初学者经常不按中间温度定律来修正!
根据S型分度号的热电偶分度表查询可知,11.229mV时所对应温度为1140℃,减去参比端的温度后,其温度值约为:1120℃左右。
分度号是S的热偶,1154.5℃左右
铂电阻和热电偶是什么东西?
相比之下,热电偶的测温原理则基于热电效应。它利用两种不同材质的金属接触时,由于对热的电感应,会在两端产生微伏级的电势差,这个电势差与温度变化直接相关。常见的热电偶材料组合包括铂铑合金和铜康铜,这些材料的组合能够提供更高的测温精度。总的来说,铂电阻依赖于金属电阻随温度变化的线性关系,而...
铂铑热电偶应用领域
铂铑热电偶作为一种重要的温度测量元件,在工业生产领域具有广泛的运用。它在粉末冶金、真空炉、冶炼炉、炼钢炉以及工业盐浴炉、烧结光亮炉等环节中发挥着关键作用。这些设备中,铂铑热电偶常常与温度变送器、调节器以及显示仪表等设备共同协作,形成过程控制系统。这个系统的主要任务是直接测量或控制生产过程...
铂铑热电偶工作原理
这些热电偶主要由三个部分构成:热电极,负责感知温度变化;绝缘套保护管,保护热电极免受外界干扰;以及接线盒,用于连接和传输热电势信号。总的来说,铂铑热电偶的工作机制是通过材料的特性来测量温度,其输出信号与导体长度和直径无关,只取决于两端的实际温度,是温度测量中的重要工具。
热电偶温度传感器的测温原理
温度差下的热电势生成<\/ 热电偶的核心原理在于其工作端(测量端)与自由端(补偿端)之间的温差。工作端温度高于自由端,通过选择不同材料的热电极,如镍铬-镍硅或铂铑-铂,形成独特的温度响应。自由端通常被设定在一个恒定温度,如0℃,以此为基础,通过复杂的热电偶分度表,将热电动势转化为具体的...
铂铑热电偶的铂铑热电偶
WRP铂铑热电偶,质量可靠,检测有保障,铂铑是一种传统的测温元件,具有热电性能稳定、抗氧化性强,长期使用温度为1600℃,短期使用温度为1800℃。外采用99刚玉保护套,内为高纯度铂铑合金丝,这样耐温高,测温准,精度高。
铂铑丝主要应用于哪些高温环境?
铂铑丝的主要应用场景是工业热电偶中,作为热电偶丝使用。这类金属丝因其出色的性能,被广泛应用于测量生产过程中的高温环境,如高温流体、蒸汽和气体介质,其测温范围可达0至1800℃。铂铑丝的特点包括高精度、强稳定性、广泛的测温区间和较长的使用寿命,特别适合在氧化性和惰性气氛中,以及短期真空环境中...
铂铑热电偶退火要多长时间才能准
短则几分钟,长则40分钟。根据对偶丝测试前通电退火电流、温度及时间的研究,对照JJGl41-2000《工作用贵金属热电偶》,考虑S型快速热电偶在700℃至1000℃之间,B型快速热电偶在800℃至1100℃之间进行退火试验,时间在10至30分钟。
用铂-铑合金热电偶做成的温度计与通常的家用温度计相比,有什么优点...
优点:铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温温区宽,使用寿命长,测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中,也可短期用于真空中,但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿,因为在0~50℃范围内热电势小于3μV。缺...
请问铂铑-铂热偶的丝径对测温有什么影响?
铂铑13-铂热电偶(R型热电偶)为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm,允许偏差-0.015mm,其正极(RP)的名义化学成分为铂铑合金,其中含铑为13%,含铂为87%,负极(RN)为纯铂,长期最高使用温度为1300℃,短期最高使用温度为1600℃。R型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高,稳定性最好,测温...
有铂铑—铂热电偶,铂电阻器和半导体热敏电阻器测设备外壳温度,温度约为...
铂热电偶的传感器和显示表头价格较高!【不推荐】铂电阻,A级传感器精度是±0.15,转换到显示仪表上刚好是±2度,温度范围正合适,刚好满足你的要求!传感器和显示表头价格适中,【推荐】半导体热敏电阻,是可以达到精度2度的,传感器和显示表头也最为廉价,但因为测温范围较低,所以【不推荐】...
阙股生乳: 20度的热电势为 0.113mV;11.30 + 0.113 = 11.413mV ; 对应温度为:1155.1℃. (数据由软件查得,应以对照表为准) 热电偶中间温度定律:热电偶回路两接点(温度为T、T0)间的热电势.等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和.Tn称中间温度.应用:由于热电偶E-T之间通常呈非线性关系,当冷端温度不为0摄氏度时,不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取热端温度值,也不能利用已知回路实际热电势E(t,t0)直接查表求取的温度值,再加上冷端温度确定热端被测温度值.需按中间温度定律进行修正.初学者经常不按中间温度定律来修正!
工农区18480486645: 用铂铑 - 铂热电偶测温,在冷端温度为25℃时,测得热点偶输出的热电势为7.624mV,试求被测介质的实际温度? - ?
阙股生乳: 冷端温度为25℃,25°对应的毫伏值是0.142mV铂铑-铂热电偶7.624mV,实际温度的毫伏值是(7.624+0.142)=7.766mV 对应的温度是 838℃
工农区18480486645: 用铂 - 铑合金热电偶做成的温度计与通常的家用温度计相比,有什么优点?请写出其中的一条?
阙股生乳: 家用温度计 温度范围 -30---100 温度范围小价格 便宜 铂铑热电偶又称高温贵金属热电偶,铂铑有单铂铑(铂铑10-铂铑)和双铂铑(铂铑30-铂铑6)之分,它们作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程...
工农区18480486645: 铂铑热电偶的工作原理 - ?
阙股生乳: 是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时,就会在回路内产生热电流.如果热电偶的工作端与参比端存在有温差时,显示仪表将会批示出热电偶产生的热电势所对应的温度值.铂铑热电偶的热电动热将随着测量端温度升高而增长,它的大小只与热电偶材料和两端的温度有关、与热电极的长度、直径无关.各种铂铑热电偶的外形常因现场实际需要而外形不相同,但是它们的基本结构却大致相同,通常由热电极、绝缘套保护管和接线盒等主要成分组成.
工农区18480486645: .热电偶可以测量低于参考端以下的温度吗? - ?
阙股生乳: 一般认为:热电偶可以测量低于参考端以下的温度.因为参考端温度默认为环境温度. 不同的热电偶,测温范围不一样:热电偶名称 分度号 温度范围 铂铑30-铂铑6 B 0~1600℃(短期内可用到1800℃) 铂铑13-铂 R 0~1300℃(短期内可用到1600℃) 铂铑10-铂 S 0~1300℃(短期内可用到1600℃) 镍铬-镍硅 K -200~1200℃(短期内可用到1800℃) 镍铬-康铜 E -200~750℃(短期内可用到900℃) 铜-康铜 T -200~350℃(短期内可用到400℃) 镍铬硅-镍硅镁 N -200~1300℃(短期内可用到1800℃)
工农区18480486645: 在用热电偶测温时为什么要保持参比端温度恒定 - ?
阙股生乳: 因为热电偶测温受环境温度的影响,参比端温度不同,高温端不变,输出的电压信号也会变化.热电偶信号标准值是以参比端温度为0℃时定的.
工农区18480486645: 铂铑热电偶S型B型多少钱 - ?
阙股生乳: 新丝含税价450元/克
工农区18480486645: K型热电偶是如何校准的? - ?
阙股生乳: K型热电偶是用双极比较法 校准,具体说就是用标准的高等级铂铑铂热电偶和K型一起放入炉中加热到某温度时测量此时的电位MV值和铂铑铂热电偶的值进行比较,通过计算看K型偶是否合格
工农区18480486645: 有铂铑—铂热电偶,铂电阻器和半导体热敏电阻器测设备外壳温度,温度约为300 - 400度, - ?
阙股生乳: 应该用Pt100铂热电阻. 铂热电阻常用的有Pt10和Pt100,Pt10用于0-850℃范围的温度测量,Pt100用于-200-+600℃范围的温度测量.铂热电阻的测量精度优于热电偶.铂铑—铂热电偶长期使用温度范围0-1300℃,短期使用范围为0-1600℃,一般使用在600℃以上.半导体热敏电阻的测温上限较低,不能用于300-400℃的温度测量.
工农区18480486645: CRY - 1P型差热分析仪的使用方法 - ?
阙股生乳: CRY-1P型差热分析仪的使用方法,可能和CRY-1型差热分析仪的使用方法差不多. 下面是我的另一个回答,在没有更接近的回答到来之前,可供参考.那里有附图.差热分析原理 由物理学可知,具有不同自由电子束和逸出功的两种金属相接...