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      熱電偶插入深度對溫度測量精度影響有哪些?

      發布日期:2021-12-10  來源:上海勝致  作者:網絡信息部  閱讀次數:640
              一、熱電偶插入深度的影響

             (1)測溫點的選擇 熱電偶的安裝位置,即測溫點的選擇是很重要的。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??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。 

             二、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,很快也要在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。很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 【1】。 Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—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—2) 式中 Δθ∞—經過足夠時間后,測溫元件引起的誤差。 由式(2—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。

             三、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。另外,在安裝時還應注意: ①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; ②熱電偶很好帶有熱輻射遮蔽套。

             四、熱阻抗增加的影響 

             在高溫下使用的熱電偶,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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