熱電偶應用與相關問題研究

龔會茹 李瑞

【摘 要】以推廣熱電偶應用為前提，針對熱電偶運用過程中存在的問題展開分析，并且介紹了熱電偶分類與特征，最后闡述了熱電偶應用影響因素以及解決對策，了解到提高熱電偶穩定性與安全性的有效舉措，為今后工業設備運行以及行業發展奠定基礎。

【關鍵詞】熱電偶；非標準熱電偶；測量點；熱輻射

隨著我國工業現代化程度日益加深，我國工業設備日趨完善，現代化水平越來越高，熱電偶作為其重要的組成部分，必須要加以重視，否則就會因為使用方法不當而產生相應的誤差，進而帶來相應的問題，必須要做好熱電偶檢驗工作，將誤差控制在最小的范圍內。

1 熱電偶的分類及其特點

標準熱電偶是指國家標準中規定了熱電偶熱電勢與溫度的關系，有統一標準分度表，允許存在一定誤差的熱電偶[1]。

非標準熱電偶一般沒有統一的分度表，主要用于測量一些特殊的場合，使用范圍和數量級比標準熱電偶要小，組成熱電偶的熱電極必須牢固的焊接在一起，兩個熱電極之間應有比較好的絕緣，防止發生短路；補償導線與熱電偶自由端的連接要牢固可靠，保護套管要保證熱電極與外界的介質充分隔離，以保證熱電偶可靠、穩定地工作。

2 熱電偶應用常見問題

2.1 熱電偶材質本身存在不均質

熱電偶在進行安裝的時候必須要結合實際需求進行安裝，在爐內安裝的時候必須要保障其位置在 30 厘米左右，從而局限了熱電偶的檢測范圍，為了真正的體現出溫度方位只有從測量端開始的 30 厘米[2]。如果熱電偶處于高溫地區，就會因為材質問題而直接影響到檢測誤差，比如檢測的時候，如果熱電偶絲的材質是均勻的，那么整個回路和檢測結果與距離并沒有關系，但是，沒有一個物質是絕對均勻的，尤其是均勻性比較差的物質會逐步的產生熱動式，進而形成了誤差。

2.2 熱電偶絲所產生的不均質

大部分新的熱電偶在使用的初始階段往往為了能夠滿足電動勢的需求，隨著時間的推移，就會導致其出現一定的形變，比如工業爐內的熱電偶就會隨著熱電偶絲的溫度增強不斷的惡化一部分，所有的溫度梯度場就會隨之疊加，并且會出現測量誤差。在進行實際檢查的時候，往往會因為一個熱電偶部件出現問題，一旦進行常規設備檢查的時候，其本身是合格的，主要就是因為不均勻熱電偶絲產生的。即熱電偶的不合格率和它的檢測長度變化成正比，如果熱電偶絲材質沒有發生影響，那么電動勢所帶來的誤差和自身不同材料和溫度也有著十分緊密的聯系。

2.3熱電偶的分流誤差

滲碳爐中的熱電偶往往會因為工作不久之后出現計量誤差，其主要原因就是因為熱電偶的分流誤差造成的。一般測量爐溫的時候會選擇鎧裝熱電偶。如果溫度超過 800℃之后，就會導致絕緣電阻下降，熱電偶值出現了異常[3]。必須要結合均質回路定則，熱電偶測溫往往與測量端和參考端溫度有關，與中間溫度分布無關。但是因為鎧裝熱電偶絕緣物往往屬于粉末狀氧化鎂，溫度每升高100℃就會降低絕緣電阻，進而會導致分流過程中產生了一定的誤差。

3 熱電偶實際應用

3.1 熱電偶應用影響因素

3.1.1 測量點的位置

測量點在選擇的時候必須要重視測量位置的選擇，尤其在生產過程中必須要嚴格的控制角度進行調整，熱電偶安裝完成之后，往往會在傳感器較長的方向產生熱流，大部分情況下，如果環境溫度比較低就會出現比較嚴重的熱損失，所以，被測物體溫度過高或者過低的時候都會與熱電偶產生一定的溫差，熱傳導過程中的誤差和測量點位置息息相關，與位置和管材的材料有著緊密的聯系。目前，比較常見的管材包括了金屬管以及陶瓷材料，金屬材料本身的傳熱性比較高，往往會設計較深的位置，陶瓷材料選擇的位置比較淺，工程測量和插入深度與測量的對象有著十分緊密的聯系，比如流動的液體以及氣流溫度等測量程序會更加繁瑣，其主要數據必須要由實際的檢測過程決定。

3.1.2 熱輻射的影響

如果爐內的溫度比較高，熱電偶就會因為熱輻射而出現加熱的現象，如果爐內的氣體出現了變化，就會導致熱電偶和爐壁之間存在著溫差，在進行能量交換的時候也會存在著誤差，熱阻抗就會增加。如果測量物質為熔體的時候可以根據爐渣的沉積現象增加熱電偶的相應時間，從而會導致標準降低。為了能夠有效的減少檢測誤差，必須要做好抽檢工作，比如連續高溫感應熱電偶以及消耗類型進行檢測，在校準連續的時候對熱電偶進行準確的檢測。

3.2解決熱電偶中存在問題的主要措施

3.2.1 鎧裝熱電偶直徑

對于長度為9m的 K 型鎧裝熱電偶，往往會在進行熱電偶中間部位加熱。根據多年來的實驗表明，分流誤差大小和直徑平方根成反比，分流誤差與直徑有著十分緊密的聯系，隨著直徑越細，分流誤差就會越大。所以，為了能夠減少分流誤差帶來的影響必須要選擇直徑比較大的鎧裝熱電偶。

3.2.2 中間部位的溫度

熱電偶中間穩定過高也是形成分流誤差的主要因素之一，所以，在進行熱電偶檢測的時候，應該盡量的避免在高溫的狀態下，將溫度控制在 800℃以下，同時還必須要控制好測溫距離，一般情況下測量端的距離越遠，所產生的分流誤差也就會越大，所以，必須要盡量的避免在測量端位置加熱。

3.2.3 熱電偶絲的電阻

如果鎧裝熱電偶直徑相同的時候，分流誤差就會隨著熱電偶絲的電阻增大而增加，所以，為了能夠有效的減少誤差的出現，必須要將電阻控制在最小的范圍內，最好選擇電阻比較小的熱電偶絲。

結束語

綜上所述，現如今熱電偶的使用在工業行業中已經非常普遍，尤其是溫度傳感器，盡管該傳感器的結構較為簡單，但若實際應用期間缺乏對細節的重視，必然會導致測量誤差。為此，操作人員需要使用有效舉措消除誤差，提升檢驗水平。

參考文獻：

[1]董清鋒，張飛，李曉宏，陳菲.熱電偶在循環流化床氣化爐應用中的問題與對策[J].化工自動化及儀表，2017，44（12）：1175-1177+1184.

[2]劉洪波.XDB-WRKK-A新型表面測溫熱電偶在氣化爐的應用[J].自動化與儀表，2017，32（06）：68-70.

[3]郝曉劍，段向港，昝清波，張根甫，周漢昌.階躍溫度場在熱電偶時間常數測試中的應用[J].中國科技論文，2017，12（11）：1285-1289.