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热电偶插入深度对温度测量精度影响有哪些?

发布日期:2020-03-23  来源:上海胜致  作者:互联网事业部  阅读次数:
        一、热电偶插入深度的影响

       (1)测温点的选择 热电偶的安装位置,即测温点的选择是很重要的。测温点的位置,对于生产工艺过程而言,一定要具有典型性、代表性,否则将失去测量与控制的意义。

       (2)插入深度 热电偶插入被测场所时,沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之,由热传导而引起的 误差,与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好,其插入深度应该深一些(约为直径的15—20倍),陶瓷材料绝热性能好,可插入浅一些(约为直径的 10-15倍)。对于工程测温,其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关,如流动的液体或高速气流温度的测量,将不受上述限制,插入深度可以浅一些,具体数值应由实验确定。 

       二、响应时间的影响 

       接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此,在测温时需要保持一定时间,才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短,同测温元件的热响应时间 有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件,差别极大。对于气体介质,尤其是静止气体,至少应保持30min以上才能达到平衡;对于液体而言,很快也要在5min以上。 对于温 度不断变化的被测场所,尤其是瞬间变化过程,全过程仅1秒钟,则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此,普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后,而且也会因达不 到热平衡而产生测量误差。很好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外,热电偶的测量端直径也是其主要因素,即偶丝越细,测量端直径越小,其热响应时间越短。

       测温元件热 响应误差可通过下式确定 【1】。 Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—1) 式中 t—测量时间 S, Δθ—在 t 时刻,测温元件引起的误差,K或℃ Δθ0—“t=0” 时刻,测温元件引起的误差 ,K或℃ τ—时间常数 S e —自然对数的底(2.718) 因此,当t=τ时,则Δθ=Δθ0/e 即为0.368, 如果当t=2τ时,则Δθ=Δθ0/e2 即为0.135。 当被测对象的温度,以一定的速度α (k/s或℃/s)上升或下降时,经过足够的时间后,所产生的响应误差可用下式表示: Δθ∞=-ατ (2—2) 式中 Δθ∞—经过足够时间后,测温元件引起的误差。 由式(2—2)可以看出, 响应误差与时间常数(τ)成正比。为了提高检定效率许多企业采用自动检定装置,对入厂热电偶进行检定,但是,该装置也并非十分完善。二汽变速箱厂热处理车间就发现如果在400℃点的 恒温时间不够,达不到热平衡,就容易发生误判。

       三、热辐射的影响 

       插入炉内用于测温的热电偶,将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的,而且,热电偶与炉壁的温差较大时,将因能量交换而产生测温误差。 在单位时间 内,两者交换的辐射能为P,可用下式表示: P=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3) 式中 σ—斯忒藩—波尔兹常数 ε—发射率 Tt—热电偶的温度 , K Tw—炉壁的温度 , K 在单位时间内,热电 偶同周围的气体(温度为T),通过对流及热传导也将发生热量交换的能量为P′ P′=αA(T-Tt) (2—4) 式中 α—热导率 A— 热电偶的表面积 在正常状态下,P= P′,其误差为: Tt- T=σε(Tt4-Tw4)/αА (2—5) 对于单位面积而言其误差为 Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α (2—6) 因此,为了减少热辐射误差,应增大热传导,并使炉壁温度Tw ,尽可能接近热电偶的温 度Tt。另外,在安装时还应注意: ①热电偶安装位置,应尽可能避开从固体发出的热辐射,使其不能辐射到热电偶表面; ②热电偶很好带有热辐射遮蔽套。

       四、热阻抗增加的影响 

       在高温下使用的热电偶,如果被测介质为气态,那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上,使保护管的热阻抗增大;如果被测介质是熔体,在使用过程中将有炉渣 沉积,不仅增加了热电偶的响应时间,而且还使指示温度偏低。因此,除了定期检定外,为了减少误差,经常抽检也是必要的。例如,进口铜熔炼炉,不仅安装有连续测温热电偶,还配备消 耗型热电偶测温装置,用于及时校准连续测温用热电偶的准确度。