熱電偶熱電阻測溫原理與誤差

摘要:因為熱電偶和熱電阻的不穩定性、不均勻性都會引起測量誤差，因此在實際應用中，要詳細分析測量誤差產生的原因，根據誤差產生的原因合理安裝測溫元件、正確組成和使用測溫系統，盡量減少各種誤差的影響，使測量溫度既正確又可靠。基于此本文分析了熱電阻和熱電偶測溫原理與誤差。
1熱電阻和熱電偶測溫原理
1.1熱電偶測溫基本原理
        溫度測量的方式一般分為接觸式測量和非接觸式兩大類，由于溫度參數的特殊性，使其無法通過直接方式獲取，而必須要利用--些物理特性與溫度之間有著特定函數關系的物，質來進行間接的測量獲取。
從溫度測量的方式來看，熱電偶屬于接觸式測溫，熱電偶測溫元件進行溫度測量的基本原理是元件材料的熱電效應，具體來說，就是將電子密度不同的兩種金屬導體首尾相接組成閉合回路，當回路兩端的溫度不同時，在回路中就會產生熱電動勢，形成熱電流，這樣就可將溫度信號轉換為電壓信號以便于測量，利用熱電偶進行溫度測量具有精度較高、動態響應快等特點，同時熱電偶測溫范圍相對較廣，信號可以遠距離傳送，這也使熱電偶測溫裝置能夠好更好地實現集中監測以及自動控制。然而熱電偶測溫元件的精度在實際的使用過程中會受到一系列因素的影響，結合熱電偶測溫的基本原理，并通過技術手段對熱電偶測溫誤差原因進行分析，將能夠有效的控制測溫誤差的出現，提高熱電偶測溫的精度。
1.2熱電阻的基本原理
        熱電阻是中低溫區常用的一.種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精度是最高的，它不僅廣泛應用于工業測溫，而且被制成標準的基準儀。熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這--特性來進行溫度測量的。熱電阻大都由純金屬材料制成，目前應用多的是鉑和銅。
2誤差分析
2.1熱電偶測溫誤差分析及預防措施
2.1.1測溫元件導熱引起的誤差
(1)引起誤差的主要原因有以下三個方面: 1)測溫管段向外散熱。2)熱電偶插入深度。3)熱電偶的壁厚以及熱電偶的材料。
(2)針對以上問題可采取的措施:1)對外露部分進行保溫，減小管外換系數。2)增加熱電偶插入深度，減小測溫管尺寸，即管徑要細，壁要薄，但與測溫管的強度和壽命有矛盾，因此測溫管多采用陶瓷、不銹鋼材料以降低磨損。
3)為增加熱系數選擇測溫點時，要盡量選在管道液體速度較大的地方。
2.1. 2熱輻射引起的誤差
(1)誤差原因:在測量中被測容器壁溫度常與介質溫度不一-致，例如測量鍋爐爐膛溫度時，爐壁溫度要低很多，熱電偶要比器壁溫度高很多，因此它們之間將發生輻射換熱，在測量較高溫度時，這項誤差要比導熱誤差大很多，被測介質溫度越高，誤差也越大。
(2)為了正確測定溫度，可以采取以下措施: 1)在測溫元件外部加同溫屏蔽罩。使測溫元件不直接與器壁進行輻射換熱，而只與其溫度接近的屏蔽罩進行輻射換熱，從而減小測量誤差。2)增加氣流和測溫元件之間的對流換熱系數，由傳熱學知道，氣流速度越大，對流換熱系數越大，因此要將測溫元件插到氣流速度最高的地方，或用其他措施來提高氣流速度。3)測溫元件的套管盡量用黑度系數小的材料或拋光表面。
2.1.3熱慣性引起的誤差
(1)誤差原因:用熱電偶測量快速變化的溫度時，由于測溫元件熱慣性的影響，其溫度變化跟不上被測對象的變化，此時將產生動態誤差。例如，當被測介質溫度發生階躍變化時，熱電偶的溫度變化是逐漸的，經過--段時間才能達到新的平衡，對于經常波動的被測溫度，動態誤差的出現更為頻繁。
(2)為了改善動態誤差，縮短遲滯，減小動態誤差,可采用下面辦法:1)減小熱電偶測量端的體積，以減小測量端的熱容。2)選用比熱小，導熱好的套管材料，在保證強度下使套管壁厚較小，使測量端緊靠套管端部或在兩者之間填充些導熱好的材料，或將測量端直接焊在套管端部，這樣能減熱量傳遞中的熱阻。4)增大測量端與被測介質的接觸面積，以增大傳熱系數，但需要注意的是只增大測量端的面積，而體積不發生變化。
2.1.4測量系統漏電引起的熱電偶測溫誤差
       熱電偶測溫系統在使用過程中，會因為絕緣層損壞等原因造成系統漏電，導致熱電勢受到影響，使儀表的指示溫度與實際的溫度之間出現誤差，較嚴重的將導致測量系統的失靈。
針對溫度測量系統漏電引起的測量誤差，要加強對測量系統的日常檢修與養護，確保測量系統絕緣性能的正常發揮，同時采取接地以及其他的屏蔽方法來進行誤差修正，還可以通過增大熱電偶直徑，增加絕緣層的厚度，降低電阻值以及調整加熱帶的長度等措施來進行鎧裝熱電偶誤差的修正。
2.2熱電阻測溫誤差分析
(1)電阻溫度系數a不同和調整Ro所引起的誤差。
(2)電阻的分度誤差。因為熱電阻采用的也是電阻一溫度分度表，熱電阻的實際阻值與分度表內的阻值不一致會造成分度誤差。
(3) 絕緣電阻影響的誤差。熱電阻的感應絲是繞在云母、陶瓷、玻璃、塑料等材料制成的骨架上，在高溫時這些材料的絕緣電阻會急劇下降，使熱電阻的阻值減少，引起測量誤差。只有在材料選擇合理，制造過程工藝要嚴格，這樣才能使高溫絕緣電阻達到要求。
(4) 熱電阻自熱所引起的誤差。熱電阻通過電流后使熱電阻本身溫度略有升高，這樣測得的溫度總比被測的溫度高一些。
(5) 熱電阻引出線所引起的誤差。測溫時熱電阻到顯示儀表之間的導線電阻會引起測溫的誤差，常采用三線制、四線制接法來消除導線誤差。
(6)顯示儀表的誤差，它是以儀表的精度等級形式給出的。
        總之，由于缺乏對熱電阻和熱電偶測溫原理的掌握，導致在溫度測量過程中遇到的問題及設備故障難以排查解決,基于此本文從熱電阻和熱電偶檢測系統的測溫原理入手，對溫度測量過程的主要誤差來源進行了分析，以期提供一些借鑒。