浅谈热电偶校验误差分析及处理付圆圆

浅谈热电偶校验误差分析及处理付圆圆

付圆圆

（中国电建集团核电工程公司山东济南250101）

摘要：温度是保证安全，经济发电的一个重要参数。准确的测量温度对于保证电厂生产过程的安全和提高经济效益是十分重要的。热电偶能把温度信号转变为电信号，便于信号的远传和多点切换测量，具有结构简单、测温范围广、准确度高、动态响应快等优点，是火电厂常用的测温元件，主要用于壁温、烟气高温等的测量。因此热电偶校验的准确性是非常重要的。提高热电偶校验质量，对热电偶校验过程中误差的分析，通过采取一定的防范措施，避免或减小校验误差，精确的确定其误差大小，这对热电偶现场测温的精度的判断有重要的作用。

关键词：热电偶测温原理；热电偶校验方法；误差分析；处理措施

前言：热电偶在使用过程中，热端受氧化、腐蚀和在高温下热电偶材质的再结晶，使热电特性发生变化，从而使测量误差越来越大。为了使温度的测量能保证一定的精度，热电偶必须定期进行校验，以确定其误差是否超出规定的允许误差。在进行校验过程中，通过分析热电偶测温原理、校验方法和引起校验误差的因素，采取必要措施避免引起的附加校验误差。

1热电偶的测温原理

热电偶测温原理是热电效应。通过两根不同的导体或半导体材料连接一端焊接而形成一个闭合回路，这就构成了热电偶。焊接的一端称为测量端，未焊接的一端叫参考端。当测量端与参考端温度不同时，就会在回路中产生热电动势，形成热电流。热电势的大小跟测量端与参考端温度之差有关，如果参考端温度恒定不变，则热电势和温度之间有一固定的函数关系，利用这个关系，只要测量出热电势的大小，即可达到测量温度的目的。

2热电偶校验方法

火电厂中常用的热电偶，主要为工作用廉金属热电偶。校验方法有两种，一种是定点法，就是在国际温标规定的定点温度（如锌、银、金、锑等金属的相平衡点温度）下进行校验。这种方法的特点是精确度高，但设备复杂、校验点数少，而且校验操作复杂。该方法只用于对高精确度的铂铑10一铂热电偶的校验。另一种是比较法，它是广泛采用的方法，可用于实验室用和工业用热电偶的校验。根据国家检定规程，我们一般采用比较法进行检定，即被检热电偶与标准电偶或符合要求的其他标准测同一稳定对象的温度来进行的。温度高于300℃的校验一般用管式电炉作为被测对象，温度低于300℃的校验一般用油槽作为被测对象。在电炉内校验时，被校热电偶与标准热电偶的用镍丝绑扎在一起，插到管式电炉的恒温区中。将热电偶的冷端置于冰点槽中，以保持0℃。在油槽中进行校验时，把标准铂热电阻和被检热偶放入油槽中，将热电偶的冷端置于冰点槽中，以保持0℃。

3热电偶校验误差分析及处理措施

3.1热电偶材料不均匀性引起的误差及处理

根据测温原理可知，热电偶就是用两种不同的金属材料一端焊接而成的。如果材质不均匀，则当热电极上各处温度不同时，将产生附加热电势，造成无法估计的测量误差。温度变化越大，使热电极各点温度的差值越大，则材料不均匀性的影响也就越大。根据校验原理及检定规程我们可用退火的方法把它减弱，即在检定示值前，应在最高检定点温度下进行，退火2h后，随炉冷却至250℃以下再进行校验。此方法虽能减小误差，但是无法完全消除。

3.2测量仪器引起的误差及处理

测量仪器在计量校验工作中具有相当重要的作用，其准确度和一致性是确保量值统一的重要手段。检定II级廉金属热电偶需要用到二等标准铂铑10-铂热电偶或二等标准铂热电阻，如果精度达不到，校验数据将会有一定的误差。所以我们在校验过程中要注意使用经国家法定检定机构或法定检定机构检定合格的并在有效期内的测量仪器。

3.3热电偶装入位置引起的误差及处理

热电偶校验中标准热电偶或标准铂热电阻和被检热电偶在高温炉内或是油槽中装入位置是非常重要的。热电偶插入被测温场时，沿着传感器的长度将产生热流，当环境温度低时就会产生热损失，致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测量误差，所以一定要按照国家检定规程的要求进行装入。热电偶的测温端要放在管式炉最高温区，最高温区一般在炉子几何中心沿轴线上。热电偶一般插人深度为300mm，对于较短的热电偶，插入深度可以适当减小，但是也不应低于150mm；热电偶的参考端在冰点恒温器内的插入深度不应小于150mm。

3.4参考端温度误差及处理

参考端温是指在校验过程中作为对比的温度。由热电偶的测温原理可知，热电势是热端温度与冷端温度的函数，在冷端温度恒定的条件下，热电势是热端温度的单一函数。而在实际校验时，热电偶的冷端放置在距热端很近的位置，受高温设备和环境温度波动的影响较大，因此冷端温度不恒定。在实际使用的热电偶分度表中热电势和温度的对应值是以参考端温度等于0℃为基础的，但在实际测温中参考端温度往往不稳定，也不一定恰好等于0℃。要想消除冷端温度波动对测温的影响，这就需要对热电偶的参考端温度进行温度处理，以降低校验误差。

3.4.1热电势修正法

由中间温度定律可知，热电偶在测量端温度t、参考端温度t0时的热电势等于该热电偶在接点温度为t、tn（中间温度）和tn、t0时相应的热电分为的代数和，即：EAB（t，t0）=EAB（t，tn）+EAB（tn，t0）。所以，把参考端置于已知的恒温条件，得到稳定的参考端温度，根据中间温度定律公式将由已知温度查到的分度表对应的热电势加上所测得的热电势之和在分度表中对应的温度就得到了被测量的实际温度。

3.4.2参考端恒温法

恒温法是用恒温器或冰点器（或零点仪等），要求热电偶参考端所处的温度恒定在某一温度或0℃。其中使用冰点器进行温度恒温是最常用的，也是精度最高的。冰点槽法就是

将热电偶的冷端放于冰水混合物中，热电偶输出电势即以0℃为冷端温度的总电势，可直接查表或送显示仪表显示热端温度。其方法是将纯净的碎冰和纯水的混合物放在保温瓶中，再把细玻璃试管插入冰水混合物中，在试管底部注入适量的油类或水银，热电偶的参考端就插到试管底部，实现参考端温度等于0℃的要求。

3.5补偿导线误差及修正

热电偶的补偿导线实际是一对在规定温度范围内使用的热电偶丝，一般为（0-100）℃。采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在规定温度范围内，热电特性与所配接的热电偶相同的金属材料作成。热电偶在校验中需要连接补偿导线。热电偶与补偿导线的连接也会使校验产生不同程度的误差。

补偿导线型号与热电偶分度号必须对应，因为各种型号的补偿导线，其热电特性不一样，在同一温度下，补偿电动势的大小也不一样，如果补偿导线选错，不仅不能起到补偿作用，反而会抵消部分热电势。例如，使用S型热电偶，错用了K型补偿导线，若极性接正确，将造成过补偿，测量结果偏高；极性接反，则造成欠补偿，测量结果偏低。

补偿导线和热电偶都有正负极之分，可根据电极硬度、电极颜色或绝缘层颜色来区分，连接时极性不能接反，否则将产生反补，使测量误差大大增加到不用补偿导线的两倍。同时，补偿导线与热电偶的连接点的温度要一样，且不得超过规定的使用温度。热电偶补偿导线的正确使用是保证其测量准确性的必要条件。

4结论

通过对热电偶测温原理、校验方法和引起校验误差的因素及处理措施的分析，可知要保证热电偶校验的准确性，一定要注意在进行校验时，不管是热电偶或测量系统本身存在的误差，还是我们人为的操作引起的误差，只要在了解热电偶性能的基础上进行有效的防范措施，校验误差会减小或消除的。

参考文献：

[1]JJG351-1996工作用廉金属热电偶检定规程

[2]潘汪杰，文群英.热工测量及仪表[J].中国电力出版社，2009（06）.

[3]高庆中.温度计量[J].中国计量出版社，2004（05）.