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影響熱電偶測量誤差的3個主要因素

時間:2016-6-27閱讀:1200
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影響測量誤差的主要因素:熱電偶插入深度﹑響應時間﹑熱輻射及熱阻抗等。

 

1、響應時間的影響

    接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此,在測溫時需要保持一定時間,才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短,同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件,差別*。對于氣體介質,尤其是靜止氣體,至少應保持30min以上才能達到平衡;

    對于液體而言,zui快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所,尤其是瞬間變化過程,全過程僅1秒鐘,則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此,普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后,而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外,熱電偶的測量端直徑也是其主要因素,即偶絲越細,測量端直徑越小,其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定。

Δθ=Δθ0exp(-t/τ)

式中t—測量時間S,

Δθ—在t時刻,測溫元件引起的誤差,K或℃

Δθ0—“t=0”時刻,測溫元件引起的誤差,K或℃

τ—時間常數S

e—自然對數的底(2.718)

因此,當t=τ時,則Δθ=Δθ0/e即為0.368,

如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135。

當被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示:

Δθ∞=-ατ

式中Δθ∞—經過足夠時間后,測溫元件引起的誤差。

    由上可看出,響應誤差與時間常數(τ)成正比。為了提高檢定效率許多企業采用自動檢定裝置,對入廠熱電偶進行檢定,但是,該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發現如果在400℃點的恒溫時間不夠,達不到熱平衡,就容易發生誤判。

 

2、插入深度的影響

a測溫點的選擇

b插入深度

    熱電偶插入被測場所時,沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之,由熱傳導而引起的誤差,與插入深度有關。

    而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好,其插入深度應該深一些(約為直徑的15—20倍),陶瓷材料絕熱性能好,可插入淺一些(約為直徑的10-15倍)。對于工程測溫,其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關,如流動的液體或高速氣流溫度的測量,將不受上述限制,插入深度可以淺一些,具體數值應由實驗確定。

 

3、熱輻射的影響

    插入爐內用于測溫的熱電偶,將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的,而且,熱電偶與爐壁的溫差較大時,將因能量交換而產生測溫誤差。

在單位時間內,兩者交換的輻射能為P,可用下式表示:

P=σε(Tw4-Tt4)(2—3)

式中σ—斯忒藩—波爾茲常數

ε—發射率

Tt—熱電偶的溫度,K

Tw—爐壁的溫度,K

在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體(溫度為T),通過對流及熱傳導也將發生熱量交換的能量為P′

P′=αA(T-Tt)(2—4)

式中α—熱導率

A—熱電偶的表面積

在正常狀態下,P=P′,其誤差為:

Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/αА(2—5)

對于單位面積而言其誤差為

Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α(2—6)

 因此,為了減少熱輻射誤差,應增大熱傳導,并使爐壁溫度Tw,盡可能接近熱電偶的溫度Tt。

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