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影響熱電偶測量誤差的3個主要因素

時間:2016-8-29閱讀:363
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影響測量誤差的主要因素:熱電偶插入深度﹑響應(yīng)時間﹑熱輻射及熱阻抗等。

 

1、響應(yīng)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(yīng)時間有關(guān)。而熱響應(yīng)時間主要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測量條件,差別*。對于氣體介質(zhì),尤其是靜止氣體,至少應(yīng)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(yīng)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(xiàn)滯后,而且也會因達不到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差。選擇響應(yīng)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(xì),測量端直徑越小,其熱響應(yīng)時間越短。測溫元件熱響應(yīng)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(shù)S

e—自然對數(shù)的底(2.718)

因此,當(dāng)t=τ時,則Δθ=Δθ0/e即為0.368,

如果當(dāng)t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135。

當(dāng)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(jīng)過足夠的時間后,所產(chǎn)生的響應(yīng)誤差可用下式表示:

Δθ∞=-ατ

式中Δθ∞—經(jīng)過足夠時間后,測溫元件引起的誤差。

    由上可看出,響應(yīng)誤差與時間常數(shù)(τ)成正比。為了提高檢定效率許多企業(yè)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(fā)現(xiàn)如果在400℃點的恒溫時間不夠,達不到熱平衡,就容易發(fā)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?qū)a(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)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(chǎn)生測溫誤差。總之,由熱傳導(dǎo)而引起的誤差,與插入深度有關(guān)。

    而插入深度又與保護管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護管因其導(dǎo)熱性能好,其插入深度應(yīng)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(tài)有關(guān),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(shù)值應(yīng)由實驗確定。

 

3、熱輻射的影響

    插入爐內(nèi)用于測溫的熱電偶,將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內(nèi)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(chǎn)生測溫誤差。

在單位時間內(nèi),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(shù)

ε—發(fā)射率

Tt—熱電偶的溫度,K

Tw—爐壁的溫度,K

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

P′=αA(T-Tt)(2—4)

式中α—熱導(dǎo)率

A—熱電偶的表面積

在正常狀態(tài)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(yīng)增大熱傳導(dǎo),并使?fàn)t壁溫度Tw,盡可能接近熱電偶的溫度Tt。

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