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熱電偶溫度傳感器測量誤差的主要影響因素

發布時間:2019-9-3??????發布人:澤天傳感??????點擊:

1 插入深度的影響

1)測溫點的選擇,熱電偶溫度傳感器的安裝位置,即測溫點的選擇是最重要的。測溫點的位置,對于生產工藝過程而言,一定要具有典型性、代表性,否則將失去測量與控制的意義。

2)插入深度,熱電偶溫度傳感器插入被測場所時,沿著溫度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??傊?,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。

2 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,差別極大。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,最快也要在5分鐘以上。

對于溫度不斷變化的被測場合,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,普通的澤天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。最好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)               (1)

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                            (2)

式中  Δθ∞—經過足夠時間后,測溫元件引起的誤差。

由式(2)可以看出,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澤天傳感自動檢定裝置,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。

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,熱電偶溫度傳感器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)            (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)                  (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     (5)

對于單位面積而言其誤差為

Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α       (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。另外,在安裝時還應注意:熱電偶安裝位置,應盡可能避開從固體發出的熱輻射,使其不能輻射到熱電偶表面;熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套。

4 熱阻抗增加的影響

在高溫下使用的熱電偶溫度傳感器,如果被測介質為氣態,那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上,使保護管的熱阻抗增大;如果被測介質是熔體,在使用過程中將有爐渣沉積,不僅增加了熱電偶的響應時間,而且還使指示溫度偏低。因此,除了定期檢定外,為了減少誤差,經常抽檢也是必要的。例如,進口銅熔煉爐,不僅安裝有連續測溫熱電偶,還配備消耗型熱電偶測溫裝置,用于及時校準連續測溫用熱電偶的準確度。

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