熱電偶檢定中補(bǔ)償導(dǎo)線的使用問題

岑淑瓊，于召亮

(廣東省計(jì)量科學(xué)研究院，廣東廣州，510405)

為了保證熱電偶測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，新制造和使用中的熱電偶需進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。檢定熱電偶一般使用JJG351－96工作用《廉金屬熱電偶》檢定規(guī)程或JJF1262－2010《鎧裝熱電偶》校準(zhǔn)規(guī)范。檢定規(guī)程適用于長度不小于750 mm的熱電偶的檢定;校準(zhǔn)規(guī)范適用于金屬套管長度不小于500 mm的熱電偶的校準(zhǔn)。檢定規(guī)程與校準(zhǔn)規(guī)范均要求熱電偶的參考端需引入冰點(diǎn)恒溫器內(nèi)，但在日常檢定中因短型熱電偶與熱電偶材質(zhì)過硬，熱電偶參考端無法引入冰瓶的情況經(jīng)常發(fā)生，所以為了補(bǔ)償參考端的溫度，常常引入補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行檢定。JJG351－96對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線的檢定方法與技術(shù)指標(biāo)，以及帶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶的檢定方法均做了規(guī)定;JJF1262－2010也對(duì)補(bǔ)償導(dǎo)線引入的不確定度作了分析。但在日常檢定中發(fā)現(xiàn)，連接補(bǔ)償導(dǎo)線前后熱電偶的檢定結(jié)果有一定差異，甚至無法判斷熱電偶是否合格。因此，本文主要討論工作用廉金屬熱電偶需連接補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)的問題，以便更好地開展檢定工作。

1 熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線測溫原理

圖1 測溫原理圖

熱電偶配用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行檢定的連接方式如圖1。熱電偶和補(bǔ)償導(dǎo)線組成的回路，根據(jù)熱電偶四大定律中的連接導(dǎo)體定律與中間溫度定律，其回路總的熱電勢為

式中:Tn為偶絲和補(bǔ)償導(dǎo)線連接點(diǎn)的溫度;T0為補(bǔ)償導(dǎo)線與儀表連接處溫度;T為測量端溫度。

2 使用補(bǔ)償導(dǎo)線檢定需注意的問題

1)須選用經(jīng)檢定允差為 (100±0.2)℃的延長型補(bǔ)償導(dǎo)線;

2)參考接點(diǎn)溫度不得超過100℃;

3)熱電偶長度不小于350 mm，熱電偶加補(bǔ)償導(dǎo)線的總長度不小于750 mm;

4)只限于檢定Ⅱ級(jí)允差熱電偶;

5)使用相應(yīng)型號(hào)的補(bǔ)償導(dǎo)線;

6)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶的正負(fù)極務(wù)必連接正確。

3 實(shí)驗(yàn)

選用經(jīng)檢定允差為 (100±0.2)℃的φ 0.3 mm的K型熱電偶作補(bǔ)償導(dǎo)線，在補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接處放置恒溫瓶，用于改變環(huán)境溫度，按圖2連接進(jìn)行熱電偶檢定。

圖2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

改變恒溫瓶的溫度，得出檢定結(jié)果如表1。

不連接補(bǔ)償導(dǎo)線，直接對(duì)熱電偶進(jìn)行檢定，得出檢定結(jié)果如表2。

表2 不連接補(bǔ)償導(dǎo)線直接檢定數(shù)據(jù) ℃

從以上數(shù)據(jù)可以看出，即使補(bǔ)償導(dǎo)線的使用完全滿足規(guī)程的要求，極性與偶型全部都正確，由于補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接處的環(huán)境溫度不同，依然會(huì)造成檢定結(jié)果的差異，導(dǎo)致無法判斷熱電偶合格與否。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出:當(dāng)補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接處的環(huán)境溫度為0℃時(shí)，其檢定結(jié)果與不使用補(bǔ)償導(dǎo)線的檢定結(jié)果相吻合。

4 補(bǔ)償導(dǎo)線引入誤差的修正值

在使用補(bǔ)償導(dǎo)線檢定時(shí)，根據(jù)規(guī)程及一般的操作方法，對(duì)檢定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，(1)式默認(rèn)為

也就是說，常規(guī)處理方法的熱電偶使用補(bǔ)償導(dǎo)線后，相當(dāng)于把熱電偶的參考端溫度從Tn移到溫度T0處，但此種情況成立的前提條件是

在實(shí)際檢定中，被檢熱電偶在Tn點(diǎn)的熱電勢不等于補(bǔ)償導(dǎo)線在Tn點(diǎn)的熱電勢，即

那么測量中就會(huì)引入誤差，可根據(jù)式 (5)，(6)修正:

根據(jù)以上分析，對(duì)這次實(shí)驗(yàn)的被檢偶與補(bǔ)償導(dǎo)線在不同環(huán)境溫度下各Tn點(diǎn)作誤差分析，結(jié)果見表3。

表3 被檢偶與補(bǔ)償導(dǎo)線的誤差分析 ℃

Ⅱ級(jí)允差熱電偶判定合格的條件是誤差≤±2.5℃或0.75%t(t表示檢定點(diǎn)溫度)，而補(bǔ)償導(dǎo)線的允差要求是(100±0.2)℃，所以在Tn點(diǎn)所造成的誤差最高可能達(dá)到2.7℃，對(duì)于判斷熱電偶是否合格，會(huì)引入很大的不確定度。

所以按一般方法帶補(bǔ)償導(dǎo)線檢定熱電偶，其不確定度分析并不能像JJF1262－2010的補(bǔ)償導(dǎo)線不確定度分析那樣只從補(bǔ)償導(dǎo)線的本身的特性來評(píng)定，還需分析被檢熱電偶在Tn溫度點(diǎn)時(shí)的熱電勢，若想把不確定度降低，則應(yīng)測量被檢熱電偶在Tn溫度點(diǎn)時(shí)的熱電勢，并加入修正值。

將表3中得出的修正值帶入本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，0802#，0803#熱電偶修正后的檢定結(jié)果見表4。

由表4可以看出加入修正后的結(jié)果接近熱電偶參考端直接插入冰瓶時(shí)的測量結(jié)果，因此建議在日常檢定使用補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)引入被檢偶在常溫下的檢定步驟，并加入修正，作為最終的測量結(jié)果。

日常檢定中需要用補(bǔ)償導(dǎo)線檢定的熱電偶通常比較短或者材質(zhì)過硬，導(dǎo)致熱電偶參考端無法引入冰瓶，要測量其在常溫下的熱電勢可通過帶有補(bǔ)償功能的數(shù)字儀表。因?yàn)闄z定溫度較低，就能減少因高溫爐漏熱及熱電偶絲傳熱對(duì)參考端的影響，可以利用周圍的空氣溫度通過帶有補(bǔ)償功能的數(shù)字儀表計(jì)算并修正。

表4 加入修正的誤差結(jié)果 ℃

5 結(jié)論

帶補(bǔ)償導(dǎo)線檢定熱電偶，補(bǔ)償導(dǎo)線與被檢偶的接點(diǎn)溫度對(duì)檢定結(jié)果有一定的影響，這種影響需根據(jù)被檢熱電偶測溫特性與補(bǔ)償導(dǎo)線的特性評(píng)定。因此，為了更好地進(jìn)行需要引入補(bǔ)償導(dǎo)線的熱電偶檢定或校準(zhǔn)，除了要嚴(yán)格按照規(guī)程的規(guī)定以及注意極性相符、偶型相同的要求［7］外，還需注意以下幾點(diǎn):

1)保證與熱電偶接線端連接的兩個(gè)接點(diǎn)溫度穩(wěn)定，同時(shí)保持兩個(gè)接點(diǎn)的溫度相等。

2)分析被檢熱電偶在接點(diǎn)溫度的熱電勢，以便得到修正值。

［1］林松.熱電偶檢定中補(bǔ)償導(dǎo)線和銅導(dǎo)線的使用問題 ［J］．上海計(jì)量測試，2009(3):29－30.

［2］王忠偉.帶補(bǔ)償導(dǎo)線熱電偶測溫時(shí)的誤差分析和修正方法［J］．工業(yè)計(jì)量，2008(6):34－36.

［3］何曉舟，姜巧紅，劉娟.加接補(bǔ)償導(dǎo)線對(duì)短型廉金屬熱電偶的檢定［J］．企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，2008(9):47.

［4］胡志剛，魏世湖.熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)用機(jī)理探討 ［J］．機(jī)械研究與應(yīng)用，2002(9):26－28.

［5］國家技術(shù)監(jiān)督局.JJG 351－96工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程［S］.北京:中國計(jì)量出版社，1996.

［6］李吉林，汪道開，張錦霞，等.溫度計(jì)量 ［M］，北京:中國計(jì)量出版社，1999.

［7］尹代冬，謝鍇.熱電偶測溫過程中溫度跳變問題的分析及處理 ［J］.計(jì)測技術(shù)，2011，31(6):31－32.