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

姬光辉

中核检修有限公司海盐分公司 浙江省嘉兴市海盐县

摘要：就目前发展情况来看，现代工业设备的生产应用中，通常是借助热电偶技术来进行温度探测，因为热电偶操作便捷同时性能可靠，所以一直都是温度检测方面的重要元件，也广泛应用在各个领域之中。而对电厂控制过程来说，温度测定环节至关重要，因为装设部署和运行时常常会受到外部干扰，对热电偶测温的精确性造成一定偏差，直接影响到最终的温度检测结果。本文首先简要论述热电偶的基本原理，同时探究在实际测温时热电偶检测偏差的具体原因和解决方案，旨在为提高使用热电偶测温的精确度。

关键词：热电偶；测量误差；参考端温度；安装

热电偶主要功能是把温度参数转变成热电势的温度传感模块，搭配二次测量设备能够根据热电势数值来确定出具体的温度指标。因为热电偶运行安全可靠、操作便捷、测量准确度良好、可测范围广，目前已经大量应用在电厂设备启、停控制、温度报警、机加等现场中，能够有效测定并调控温度指标。热电偶基本原理：通过两种不同导体构建起闭合回路，如果两端位置出现温度差后，所形成的回路中就会出现电流，进而在端部位置形成热电势。热电偶的基本材料可以采用满足条件的两类导体，通过焊接处理形成热电偶。同被测目标交互的焊接端即为热端，也就是工作端，另外一侧焊接端为冷端。具体参数同热电偶的基本材料、两端温度差值有着密切关系，不受长度、直径的影响。因为热电偶自身在运行过程中可能会受到诸多外界因素的干扰，期望采集到精确的测量数据，就需要深入分析热电偶性能和具体的操作方式。

1热电偶温度计量的误差分析

1.1装配误差

首先来说，测温点的确定。热电偶的部署区域，也就是测温点的确定是至关重要的，测温点应当有代表性，能够有效表征该点或该区域的温度，否则就无法起到预期的温度测量效果且难以进行调控，诸如在测定管道中介质温度的过程中，热电偶的工作端需要放置于管道流速处于峰值的区域。通常来说，外部保护管套的末端需要超过中心线位置。其次来说，要控制好深度。当热电偶处在被测区域时，会在长度方向上形成热流。一旦外部温度低于标准范围就会出现热损失，导致热电偶和被测目标的温度出现偏差，影响到最终检测结果。总的来说，由热传导造成的测量差值，同实际插入深度有着直接关联。同时深度又会受到保护管套的材质影响。其中金属材料的保护管套由于自身导热能力强，所以能够插入更深的范围；应用发现陶瓷材料具有良好的绝热能力，则需要插入在较浅的位置。从工程项目的测温来说，被测目标的实际状态对插入深度也有明显影响。诸如测定高速气流和流体温度时，就需要根据实验来确定具体深度。

1.2测量误差

其一，参考端温度参数未能得到有效补偿而导致测量偏差。理论上来说，参考端温度应当维持在0℃，但实际测量过程中，参考端温度无法达到这一数值，需要借助恒温设备和补偿装置来将温度保持在相同范围内。其二，补偿导线操作有误造成结果偏差。在使用补偿导线的过程中，必须要着重确定导线和热电偶是否匹配，尤其是正负极的连接位置。一旦操作有误就会给最终的测量结果造成严重影响。其三，测量设备和电路电阻发生改变会造成结果误差。测量设备的精度能否达到检测要求是结果偏差的重要原因，仪表设备精度选择应当保证同测温系统相兼容，否则会严重影响测量数据。

1.3热阻抗误差

如果在高温环境中应用热电偶，且被测对象为气态物质，当外部保护管套灰尘逐步累积后会出现熔烧问题，导致管套热阻抗参数升高；若被测对象为易结晶物质，使用时会在系统中出现热电偶测量管结晶，可能会延长热电偶的反应速度，还有可能造成显示数值低于标准值。由此来说，除去按时检修维护以外，为了进一步降低数据偏差，还需要进行抽检。比如说，易结晶系统设备中不单单加装有可以持续测温的热电偶组件，还搭载有消耗型测温模块，可以为热电偶温度测定提供可靠的数据校准功能。

1.4劣化误差

热电偶的劣化效应，也就是在热电偶运行过程中可能发生变质问题。因为热电偶的组成是金属及合金，通过高温作用使晶粒不断增大。此外，合金中还存在有一定比例的杂质，在变化过程中形状也有可能出现改变，同时外部环境条件也有可能引起表面氧化还原反应的出现。经由上述变化后，热电偶自身的敏感性可能出现波动，最终造成了设备的劣化效应。

2热电偶测温误差及原因分析

2.1热电偶安装因素造成的误差

装设热电偶的位置如果选择不当，且测定温度参数时所处环境深度有偏差，均有可能造成热电偶测定数据的偏差。此外，对于不同的检测目标来说，热电偶所探测的深度也要根据实际情况进行改变，应当按照具体环境和理论研究结果进行调整。

2.2参考端温度变化导致的测温误差

通过热电偶完成温度测定时，参考端起到十分关键的作用，其温度会对热电势造成一定干扰，所以要在检测过程中保证参考端温度维持在标准区间，这也是确保测温结果不出现偏差的基础。通常来说，应当将参考端温度控制在0℃，但从实际操作过程来说，达到0℃较为困难，所以应当通过特殊的技术手段对温度进行一定补偿，从而确保精度符合预期要求。

2.3热辐射以及导热误差

热辐射偏差一般是因为热电偶工作端和外部条件中的辐射热所造成的，而导热差值则是因为热电偶在长度方向上具有一定的梯度效应，这就造成工作端会在热电极方向上出现导热问题，导致温度数值同实际不匹配。

2.4热电偶动态响应误差

因为热电偶的工作方式为直接接触，所以温度测定时相关温度检测元件要能够和被测目标维持在热平衡状态下，这一过程所需时间是由热电偶的响应速率所决定的，热电偶响应速率是按照实际检测环境中的条件以及结构特征进行具体确定的。针对静态被测目标来说，热电偶在一定时间后即可获取到精确的温度参数，但如果被测目标或外部温度出现改变后，就要求热电偶具有较高的反应速度。一旦元件的响应效率同环境温度改变速度不匹配时，就有可能无法实现热平衡，从而造成测定误差。

2.5测量系统漏电引起的热电偶测温误差

热电偶在实际测温过程中，会由于外部绝缘出现问题导致漏电现象的发生，从而影响到热电势性能，造成显示温度和具体温度存在差值，甚至会造成测量失败。

3热电偶测温误差的修正

3.1结合实际测量需要，合理选择测温点，准确控制热电偶插入深度

测温点的选择要具有代表意义，这也是确保热电偶测温数据精确的关键所在，对于实际测量来说，应当根据被测目标的综合分析结果和设备运行时的温度指标，来综合确定测温点的实际位置，以此来实现温度测定和温度调整的要求。按照被测目标的差异，结合测温设备的保护管套类型可以确定出插入深度，经由相关实验检测后，方可确定出不同情况的最佳深度范围。

3.2参考端温度变化导致测温误差

对参考端温度波动进行补偿的方式较多，其中最为常见的方式有：恒温设备检测、电桥补偿以及导线修正等。

3.3针对热辐射导致的测量误差

对于热辐射造成的测定偏差可以按照如下两种方式进行补偿调节：其一是提高对流换热强度，其二是减少辐射换热效果。这也是较为常见的导热修正方式。

3.4对热电偶动态响应误差的修正

一般来说，补偿热电偶的响应误差是利用温度传感设备完成的，根据实验测试结果不难看出热电偶响应效率同接触点和被测目标的接触面积密切相关，所以在实际检测中，要调整好接触点面积，以此来获得合适的滞后时间。

3.5温度测量系统漏电引起的测量误差

对于由漏电所引起的测量结果偏差，需要提高系统的检修维护力度，以此保证系统发挥出预期效果。

4结语

总的来说，采用热电偶进行温度测定时可能会因为外部因素造成误差的出现，但如果能够从原理入手，做好补偿工作，就可以显著提高测量精度和使用寿命。

参考文献：

[1]蔡锡松. 对热电偶温度计量误差与修正方法的分析[J]. 科技资讯, 2011(17):1.

[2]陈学利, 张东风. 热电偶测温误差的分析及修正方法[J]. 科技信息(科学·教研), 2008.