你了解熱電偶嗎?熱電偶使用不合格的原因有哪些?

[關鍵字]：熱電偶 指數(shù) 鎧裝熱電偶

[導讀] 為增進大家對熱電偶的認識，本文將對熱電偶以及熱電偶在使用過程中不合格的原因予以介紹。

熱電偶的外形，常因需要，而極不相同。但其實基本結(jié)構(gòu)差不多是一樣的。為增進大家對熱電偶的認識，本文將對熱電偶以及熱電偶在使用過程中不合格的原因予以介紹。

一、熱電偶

熱電偶是所有傳感器中復雜性很低的一種，因此既堅固耐用，又低成本，非常適用于工業(yè)應用領域。

熱電偶由兩根材質(zhì)不同的金屬導線組成，這兩根導線共同連接測量點，稱為熱接點。熱電偶的輸出是與熱接點和導線冷接點之間的溫差成比例的電壓。所產(chǎn)生的電壓非常小且是非線性的，這便給熱電偶儀器制造商帶來了設計難題。但如果設計得當，熱電偶便是一種成本非常低的傳感器，如果損壞則可輕松更換。

熱電偶電路至少有兩個接點：測量接點(熱接點)和參考接點或冷接點。參考接點是熱電偶的兩根導線連接測量儀器(例如數(shù)據(jù)記錄器)的接點。這是金屬材質(zhì)從熱電偶金屬變成測量儀器金屬的點，大多數(shù)電子數(shù)據(jù)記錄器均采用銅線。

熱電偶的輸出電壓與測量接點和參考接點之間的溫差有關。這是 Thomas Seebeck 在1821年觀察到一種現(xiàn)象后得出的結(jié)論。在該現(xiàn)象中，由兩個金屬材質(zhì)不同的導線組成的電路在其中一個接點被加熱后改變了電壓表指針的位置。

每一類熱電偶都有其特有的塞貝克(Seebeck) 電壓曲線。 塞貝克曲線取決于熱電偶兩根導線中使用的金屬，所產(chǎn)生的電壓以 mV 為單位。 熱電偶中使用的幾乎所有導線都是合金，合金的同質(zhì)性對于測量系統(tǒng)的精度至關重要。

應記住，電壓不是在熱接點處產(chǎn)生的，而是在存在熱梯度的區(qū)域沿著導線產(chǎn)生的。在精度要求高的應用場合，在使用熱電偶前檢查精度時應考慮到這一點。

二、熱電偶使用中不合格原因分析

檢定合格的熱電偶在使用中不合格，這種現(xiàn)象鮮為人知，未引起人們重視。導致檢定合格的熱電偶在使用中不合格現(xiàn)象: 主要由于熱電偶偶絲不均質(zhì)影響、鎧裝熱電偶的分流誤差和使用熱電偶不當造成。

1、熱電偶絲不均質(zhì)影響

① 熱電偶材質(zhì)本身不均質(zhì)。熱電偶在計量室檢定時，按規(guī)程要求，插入熱電偶檢定爐內(nèi)的深度300mm。因此，每支熱電偶的檢定結(jié)果，確切地說只能體現(xiàn)或主要體現(xiàn)出從測量端開始300nm長偶絲的熱電行為。然而，當熱電偶的長度較長，使用時大部分偶絲都處于高溫區(qū)，如果熱電偶絲不均質(zhì)且處于具有溫度梯度的場合，那么其局部將產(chǎn)生熱電動勢。該電動勢稱為寄生電勢，由寄生電勢引起的誤差稱為均質(zhì)誤差。

② 熱電偶絲經(jīng)使用后產(chǎn)生的不均質(zhì)。對于新制的熱電偶，即使是不均質(zhì)性能滿足要求，但是，反復加工、彎曲致使熱電偶產(chǎn)生加工畸變，也將失去均質(zhì)性，而且使用中熱電偶長期處于高溫下，也會因偶絲的劣化而引起熱電動勢變化。當局部劣化部分處于具有溫度梯度的場所，也將產(chǎn)生寄生電勢疊加在總熱電動勢中而出現(xiàn)測量誤差。

2、鎧裝熱電偶的分流誤差

用鎧裝熱電偶測量爐溫時，當熱電偶中間部分的溫度超過800℃時，將引起絕緣電阻下降，熱電偶示值出現(xiàn)異常的現(xiàn)象，稱為分流誤差。由于鎧裝熱電偶的絕緣物是粉末狀氧化鎂，在高溫下溫度每升高100℃，其絕緣電阻下降一個數(shù)量級。當中間部位溫度較高時，必定有漏電流產(chǎn)生、致使在熱電偶輸出電勢中有分流誤差出現(xiàn)。

3、使用不當引起的測量誤差

檢定合格的熱電偶，如果使用方法不正確，也會引起較大的測量誤差。

① 熱電偶插入深度不夠，因?qū)釗p失致使測溫偏低;

② 參考端溫度處理不當，例如，爐內(nèi)火焰噴出致使參考溫度偏高，也會引起測量誤差等。

由上述討論可以看出，檢定合格的熱電偶在使用中不合格有可能因上述三種情況所導致。

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