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铠装热电偶的分流误差以及相应对策

发布时间:2012-05-15   点击次数:483次

  
  热电偶测量误差及其注意事项
  在现有的测温系统中,zui常用的温度传感器—热电偶,因其结构简单,往往被误认为“热电偶两根线,接上就完事”,其实并非如此。热电偶的结构虽然简单,但在使用中仍然会出现各种问题。例如:安装或使用方法不当,将会引起较大的测量误差,甚至检定合格的热电偶也会因操作不当,在使用时不合格,在渗碳等还原性气氛中,如果不注意,K型热电偶也会因选择性氧化而超差。
  为了提高测量精度,减少测量误差,延长热电偶使用寿命,要求使用者不仅应具备仪表方面的操作技能,而且还应具有物理、化学及材料等多方面知识。作者根据多年实践,并参阅有关资料较详细地介绍热电偶的测量误差及其注意事项。
  铠装热电偶的分流误差
  (1)分流误差
  瓦轴集团渗碳炉用铠装热电偶,仅使用一周就不准了。为探讨原因,作者曾到现场考察,但未发现异常,只好从炉子上取下来经计量室检定结果合格。那么问题何在呢?zui后,根据该支热电偶的现场安装特点,经研究发现,上述问题是铠装热电偶的分流误差造成的。
  所谓分流误差即用铠装热电偶测量炉温时,当热电偶中间部位有超过800°C的温度分布存在时,因其绝缘电阻下降,热电偶示值出现异常的现象,称为分流误差。依据均质回路定则,用热电偶测温只与测量端与参考端两端温度有关,与中间温度分布无关。可是由于铠装热电偶的绝缘物是粉末状MgO,温度每升高100°C,其绝缘电阻下降一个数量级,当中间部位温度较高时,必定有漏电流产生,致使在热电偶输出电势中有分流误差出现。
  (2)分流误差产生的条件
  将铠装热电偶水平插入炉内,其规格及实验条件为:直径ф4.8mm,长度为25m,中间部位加热带的长度为20m,温度为1000℃。本次实验中,热电偶的测量端与中间部位的温差为200℃。如果测量端温度高于中间部位,则产生负误差;相反,则产生正误差。如果两者的温差为200℃,那么,分流误差约为100℃。这是不能忽视的,分流误差的产生条件与铠装热电偶种类和直径等因素有关[2]
  分流误差的影响因素及对策
  高温下铠装热电偶产生分流误差的现象,正在引起人们的重视,因此有必要了解分流误差的影响因素,并采取适当对策以减少或消除分流误差的影响。
  (1)铠装热电偶直径
  对于长度为9米的K型铠装热电偶(MgO绝缘),只将热电偶中间部位加热。实验结果表明:分流误差的大小与其直径的平方根成反比(直径过细,不遵守此规律),即直径越细,分流误差越大。
  当中间部位温度高于800℃时,对于ф3.2mm铠装热电偶将产生分流误差。但对于ф6.4mm及ф8mm铠装热电偶,当中间部位的温度为900℃时,仍未发现分流误差。对于ф6.4mm(热电极丝直径为ф1.4mm)与ф8mm(热电极丝直径为ф2.0mm)的铠装热电偶,当中间部位温度为1100℃时,直径为ф8mm的铠装热电偶产生的分流误差仅为ф6.4mm的一半。此数值(50%)近视于两种铠装热电偶电极丝直径的平方比(1.42/2.02),而电极丝直径平方比,即为电极丝的电阻比。因此,为了减少分流误差,应尽可能选用粗直径的铠装热电偶。
  (2)绝缘电阻
  高温下氧化物的电阻率将随温度的升高呈指数降低,分流误差的大小主要取决于高温部分的绝缘性能,绝缘电阻越低,越容易产生分流误差。当绝缘电阻增加10倍或减少至1/10时,其分流误差也随之减少至1/10或增大10倍。为了减少分流误差,应尽可能采用直径粗的铠装热电偶,增加绝缘层厚度。如果上述措施无效时,只好采用装配式热电偶。
  (3)中间部位的温度
  如果中间部位的温度超过800℃,有可能产生分流误差,其大小将随温度的升高,呈指数关系增大。因此,除测量端外,其它部位应尽可能避免超过800℃。当中间部位加热带温度高于800℃时,其加热带的长度越长,距离测量端越远,分流误差越大。因此,应尽可能缩短加热带长度,并且,不要在远离测量端处加热,以减少分流误差。
  (4)热电偶丝的电阻
  当铠装热电偶的直径相同时,分流误差将随热电偶丝的电阻增大而增加。因此,采用电阻小的热电偶丝更好。例如:直径相同的S型铠装热电偶同K型热电偶相比,其分流误差减少40%。因此,可采用S型热电偶测量炉内温场分布,费用虽高,但较准确。

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