熱電偶溫度計量常見問題的處理措施分析

盧潔

摘 要：熱電偶溫度計是工業生產測量環境溫度的有效儀器，對生產作業指導作用明顯。但影響溫度計測量準確性的因素較多，如電特性不穩定、參考端溫度變化等原因，技術人員應當問題處理，確保儀器測溫精確度。

關鍵詞：熱電偶；溫度計量；問題；措施

熱電偶作為工業生產常用測溫元件，在結構與使用便利性、性價比等方面的優勢，都是其他溫度傳感器不能比擬的。但熱電偶受外界因素影響較大，從而出現熱電偶溫度計量誤差。針對于各種故障的處理，要求技術人員明確掌握熱電偶工作原理，根據經驗快速發現與處理潛在的問題，以減少儀器故障率。

一、熱電偶工作原理

熱電偶根據塞貝克效應，將熱導體溫度轉換為電信號，并利用儀表的溫度值顯示，以此完成測溫工作。熱電勢隨著溫差增大而提高，最終在儀表上顯示強溫差轉化后的測溫值。熱電偶優勢特征明顯，包括靈敏度與準確度較高等，甚至可以直接接觸待測物質。熱電信號可遠程傳輸，是工業自動化的重要體現。但是在頻繁的使用過程中，測量精度也會隨之降低，需及時追溯誤差原因，以減少矯正維護的難度，確保測量精度。

二、熱電偶溫度計量常見問題與處理措施

1.安裝不合理

熱電偶工作時應當注意測溫位置，以減少對測溫精度的影響，位置安裝不合理，插入深度不達標，也會出現不同程度的誤差。

合理選擇測溫深度與位置尤為關鍵，為提高測溫精度，應當通過數據采集，對測溫環境展開分析總結，確定最佳測溫點，以切實發揮儀器功用。綜合考慮熱電偶本身的保護材質、結構與密封性等特征，根據深度檢查數據分析，與其他工具測量分析結果，確定最佳的插入深度。通常情況下，熱電偶保護管、爐壁間的空隙應保持一定的距離，并在爐口處用絕緣耐火材料封堵，以防止空氣對測溫精度的影響。測量環境不同，插入深度也存在差異，應通過實驗分析，以確定最佳插入深度。熱電偶的插入深度應為保護管直徑的8-10倍。此外，熱電偶的保護套管與爐壁間的空隔應使用石棉繩或耐火泥填塞以免冷熱空氣發生對流而影響測溫的準確性。

2.熱輻射與導熱

熱輻射越大，對測溫端形成的輻射影響越嚴重，直接增加測量誤差。熱電偶構造不同，也會出現導熱誤差[1]。

為修正熱輻射誤差，可利用對流作用減少輻射熱，或是采取隔離對策控制熱交換，減少導熱誤差。針對于參考端溫度變化引起的誤差，利用補償導線延長參考端至恒定溫度位置，在其基礎上進行修正。

3.測量系統漏電

熱電偶存在絕緣層老化等結構缺陷，易出現系統漏電情況，受溫度差影響，熱電流出現損失，熱電勢隨之發生變化，導致測溫值與實際溫度不符，甚至會出現測溫系統失效的現象。因此，針對溫度測量系統漏電引起的測量誤差，要加強對測量系統的日常檢修與養護，確保測量系統絕緣性能的正常發揮。

4.動態響應

熱電偶動態響應，指對待測物質超出響應標準時間。熱電偶是插入待測物質后， 要求在待測物溫度、測量端無溫差的情況下，實現電信號轉化；對此，響應時間在某種程度上，也反映了熱電偶儀器的靈敏度。影響儀器靈敏度的因素較多，包括環境溫度、構造等因素。尤其是在靜態測量時儀器的準確度與靈敏度相對較高，響應時間在標準范圍內[2]。

提高熱電偶的靈敏度，減少動態響應誤差，通常從調小滯后時間、提高熱傳感反應速度兩對策入手。熱電偶熱響應滯后性與接觸面、接觸面與體積的大小有直接關系；對此，應增大與待測物質的接觸面積，以此加快儀器反應時間，減少動態響應滯后性[3]。

三、正確使用熱電偶的方法

減少測溫誤差，正確使用熱電偶，應注意以下方法：

一是禁止還原氣體中，使用貴金屬熱電偶進行溫度計量。二是根據實際需要，合理選擇冷端補償器，且補償器定期檢查。三是使用補償導線時，各種補償導線只能與相應型號熱電偶配用，即熱電偶與所配補償導線在規定溫度內熱電特性相同；并且注意補償導線與熱電偶及系統儀表連接時正負極不能接錯。四是杜絕在測溫過程中將熱電偶打結或過分近似垂直折疊的現象，這會導致熱電偶的纖芯發生折斷。五是不隨意更改確定后的插入深度，與待測物質接觸10cm內，并將測溫元件插入中間位置。六是使用熱電偶環境盡量穩定，防止環境溫度快速變化對保護管的破壞。即為了減少熱電偶的時效變化，應避免處于溫度快速變化的環境。七是影響熱電偶穩定性的因素較多，包括電極玷污腐蝕、形變應力、高溫下晶粒長大、熱電極氧化等。對此，熱電偶應設有保護裝置，尤其是作業中的熱電偶，應配有保護裝置，及時檢查維護測溫元件的保護裝置，及時更換腐蝕與開焊后的保護裝置。八是熱電偶在測溫過程中，受到使用溫度、氣氛、測量環境、保護管材料玷污等影響，使用一段時間后，其熱電特性將會出現變化，尤其是在腐蝕性與高溫氣氛中。這時需經常展開監督性校驗，或根據實際使用情況，安排周期檢定，則可減少不穩定性引起的誤差[4]。

四、總結

本文首先對熱電偶測溫元件的原理與常見問題進行了闡述，為規避實踐中的常見問題，要求技術人員積極轉變職責理念，掌握熱電偶正確使用方法的同時，注意使用事項，對測溫誤差有著系統性的認識。同時根據實際情況，快速選擇誤差處理措施，減少誤差對生產效率的影響。除此之外，積極引入先進的測溫元件與技術，盡可能的提高測溫元件敏感度，加強對保護裝置與補償導線的合理應用，以減少響態時間，促使熱電偶功能最大程度發揮。

參考文獻：

[1]倪友軍， 賁禮進， 浦振托. 探究熱電偶溫度傳感器應用下的高速測溫系統[J]. 信息系統工程， 2017（1）：87-88.

[2]章鐵軍. 計量檢測用管式電阻爐溫度場均勻性的研究[J]. 科技創新導報， 2018，15（03）：98-99.

[3]陳永強， 崔馨元， 吳勤， 等. 熱電偶校準過程中的不同冷端補償方法的比較[J]. 計量與測試技術， 2018， 45（05）：68-69..

[4]由臣， 王祖光， 毛漢卿， 等. 鎢錸（WC5/20）熱電偶用銅基補償導線合金的研究[J]. 工業計量， 2017，27（S2）：1-5.