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热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.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焊接起来,构成一个闭合回路,如图2-1-1所 示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在 回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工 作的。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。 标准化热电偶我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
检定人员在检定热电偶过程中,对于接线柱不牢靠、热电偶短路或捆扎偏离几何中心等常见问题导致的所测数据不准确的情况,一般都能及时发现轻松处理,但是会遗忘一些影响检测结果却容易被忽视的问题。 一、热电偶的长度 JJG351-1996《工作用廉金属热电偶》检定规程中明确规定热电偶长度不小于750mm,之所以对热电偶长度作出规定,是因为考虑到热电偶在离开测温区后要有足够宽的温度梯度区。热电偶的热电动势也就产生在这一区域,要有效地阻止热电偶热端(测量端)的热量传给冷端(接线端),最基本的方法就是热电偶的冷端要有足够的距离远离热端。一般来说由于热电偶长度不够带来的误差是负的,修正值是正的。长度越短,带来的误差也越大,因此,在装炉检定之前需要确定热电偶的长度。 二、热电偶丝弯曲 热电偶丝细而软,极易变形,当偶丝发生折叠、扭曲等塑性变形使热电极的偶丝产生应力时,就改变了热电偶的热电特性,从而使变形热电偶测量结果的准确性受到影响。因此,检定前一定要把热电偶丝拉直。 三、热电偶丝被污染 热电偶丝被污染,甚至被氧化,会使热电极偶丝表面不光亮、发暗发黑,这时的热电极热电特性极不稳定,测量数据的准确性较差,因此,要清洗有污染的电极,消除污染层。四、响应时间的影响 接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此,在测温时需要保持一定时间,才能使两者达到热平衡。保持时间的长短,同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件,差别极大。所以,在日常检定过程中要根据不同类型的热电偶选择合适的升温速率、热平衡的时间。 五、绝缘电阻的影响 热电偶在高温下,其绝缘电阻随温度升高而急骤降低,因此将产生漏电流,该电流通过绝缘电阻已经下降的绝缘物流入仪表,使仪表指示不稳或产生测量误差。因此,在热电偶装炉之前不要忽视对其绝缘电阻的测试,只有当满足检定规程要求时,才能进行温度允差检定。
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