熱電偶在使用過程中需要注意把握的幾個問題

王博文

摘要：熱電偶試溫度測量儀表中常用的一種測溫元件，在工業生產、監控及化驗等領域都有廣泛應用。用熱電偶測量溫度雖然操作不算復雜，但也有許多需要注意的問題，準確把握主要問題才能確保測量準確性。本文對熱電偶使用過程中需要把握的一些問題進行了分析探討，旨在提高熱電偶使用操作水平，確保熱電偶工作狀態。

關鍵詞：熱電偶;溫度檢定;準確性

熱電偶是工業生產中常用的一種溫度測量元件，具有結構簡單、制造方便、測量范圍廣、精度高及輸出信號方便等有點而被廣泛應用。熱電偶測量數據的準確性受到多方面因素影響，如熱電偶本身長度、彎曲度、絕緣電阻等，因此在使用過程中需要加強對相關問題的把握才能提高測量結果的準確性。

一、熱電偶測溫原理

工業測溫用熱電偶主要由熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等組成。根據選用的電偶絲材類型，可將熱電偶分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩種，標準熱電偶在熱電勢與溫度關系、允許誤差及標準分度表等方面都需達到國家有關標準規定，并有配套顯示儀表可供選用。而非標準熱電偶相對于標準熱電偶，其在使用范圍和數量級上都有所不及，主要應用于一些特殊場合。絕緣管在熱電偶中主要應用于焊接在一起的熱電偶工作端部位，發揮絕緣保護作用，主要有有機絕緣和無機絕緣兩種，在實際應用中需要根據測量對象溫度情況進行選擇。保護管在熱電偶中也有重要作用，不僅可以延長熱電偶使用壽命，而且可增強熱電極強度的作用。合理選用保護管和絕緣管才能確保熱電偶工作狀態及測量的準確性。

當兩種不同導體或半導體A和B通過焊接組成一個閉合回路，當兩端相互連接時，只要兩結點處存在溫差，一端溫度為T，稱為工作端或熱端，另一端溫度為T0，稱為自由端（也稱參考端）或冷端，回路中便產生一個電動勢，并在回路中形成電流，這種現象稱為“熱電效應”。產生的電動勢的方向和大小受到導體材料及兩接點溫度影響，兩種導體組成的回路也就是“熱電偶”，兩種導體稱為“熱電極”，產生的電動勢則稱為“熱電動勢”。熱電偶工作原理如下圖所示：

二、熱電偶使用中需要把握的有關問題

（一）熱電偶選型問題

熱電偶選用要綜合考慮使用溫度范圍、精度要求、使用氣氛、測定對象性能及響應時間等方面。在使用溫度范圍方面，如果溫度在1300-1800℃之間，且精度要求比較高，則可選用B型熱電偶;若要求精度不高，分為與允許可使用鎢錸熱電偶，高于1800℃的話通常使用鎢錸熱電偶;在使用溫度處于1000-1300℃，且精度要求較高情況下，可用S型熱電偶和N型熱電偶。使用氛圍不同，熱電偶在選用上也與所要求，通常情況下，在強氧化和弱還原氣氛中S型、B型和K型熱電偶較為適用，而弱氧化和還原氣氛中則宜用J型和T型熱電偶，但如果保護管氣密性比較好，對氣氛要求就不太嚴格。在耐久性及熱響應性考慮方面，通常來說，熱電偶線徑大則耐久性較好，但響應速度較差，熱容量大的熱電偶，響應也較慢，測量梯度大溫度時，在溫度控制情況下，控溫就差。如果要響應時間快且要有一定耐久性，那么宜選用鎧裝偶。總之，熱電偶選用應根據測量對象實際情況，綜合考慮各方面進行選擇。

（二）熱電偶安裝問題

正確安裝熱電偶是確保其正常使用狀態基本保障，因此在使用熱電偶測量溫度過程中，熱電偶安裝問題要重點把握好。對于熱電偶安裝，要注意以下幾方面：（1）插入深度。為保證溫度測量結構準確性，熱電偶測量端應插入至能夠真正代表被測介質溫度位置，通常不小于熱電偶保護管外徑10倍深度;（2）防負壓措施。由于被測介質負壓會對流現象，因此在安裝過程中要認真檢查介質負壓情況，如果存在負壓則熱電偶應采取密封措施，以避免對流影響測量結果準確性;（3）安裝角度。為避免保護管在高溫作用下發生變形，一般情況，熱電偶安裝應盡量保持垂直，但如果存在流速，則采取熱電偶傾斜45°安裝為宜;（4）安裝位置。為盡量減小外來因素對測量結果準確性影響，熱電偶應盡量選擇遠離熱源、電場及強磁場等位置進行安裝。

（三）熱電偶檢查問題

在使用熱電偶對有關介質溫度進行測定時，熱電偶如存在不佳情況則會影響測量結果，因此應高度重視偶絲檢查工作。熱電偶檢查重點有以下幾方面：（1）熱電偶長度。由于熱電偶在離開測溫區后需要足夠寬的溫度梯度區，為阻止熱電偶熱端熱量傳給冷端，熱電偶熱端與冷端間應有足夠距離。現有相關檢定規程對熱電偶長度都有明確規定，如JJG 351—1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》中規定熱電偶長度不小于750 mm，JJF 1262—2010《鎧裝熱電偶校準規范》中規定鎧裝熱電偶長度不小于 500 mm。因此，在使用熱電偶前應對其長度進行確認。（2）熱電偶偶絲表層檢查。熱電偶電極絲表層情況對測量結果準確性有一定影響，這主要是由于表層情況會影響到熱電偶熱電特性的穩定性，因此應保證電極絲光亮，如有發暗發黑情況，則可用小錘子輕敲或進行偶絲清洗等措施，對表層污染層進行清除。（3）熱電偶偶絲彎曲情況。熱電偶偶絲具有細軟、易變性的特點，而偶絲一旦存在折疊、扭曲等現象，熱電特性就會發生改變，從而影響測量結果準確性，因此在熱電偶檢定前應對偶絲進行全面觀察，如存在彎曲則需要將其拉直。

（四）絕緣電阻影響問題

在高溫條件下，熱電偶絕緣電阻會隨著溫度升高而急劇降低，從而產生漏電流，電流經絕緣電阻已經下降的絕緣物流入儀表，會影響儀表指示穩定性，從而產生測量誤差。為降低絕緣電阻影響，在使用前應對其進行測試，滿足檢定要求才能應用于實際測量中。

（五）補償導線使用問題

合理采用補償導線可將熱電偶冷端延伸到溫度比較穩定的控制室內，但在使用中要注意幾方面。一是補償導線外部絕緣層必須著色，型號要相配，極性連接正確。二是由于Ⅰ級電熱偶準確性較高，允許誤差小，而補償導線都存在一定誤差，因此在檢定Ⅰ級電熱偶中不能使用補償導線。

（六）熱電偶參考端使用溫度問題

從實踐來看，熱電偶使用時其參考端溫度原則上需維持在0℃，但這在現實情況中是很難實現的。為此在實際工作中，我們可以利用室溫式或補償式參考端，如此一來其溫度將直接影響儀表示值。另外，熱電偶如果帶有補償式參考端儀表的話，它地使用應當要在完全補償環境中才行。

三、結束語

總而言之，熱電偶溫度計在工業生產等領域都有重要應用，在實際使用過程中，應根據熱電偶工作原理，結合實際使用情況，加強對相關問題的分析、研究和把握，這樣才能夠在確保熱電偶處于最佳狀態情況下確保測量結果的準確性。

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