油氣管道上測(cè)溫?zé)犭娕嫉臉?biāo)定

摘 要:油氣管道儀表自動(dòng)化系統(tǒng)中常用熱電偶和熱電阻來檢測(cè)和顯示運(yùn)輸油品的溫度，達(dá)到報(bào)警、控制等目的。本文主要是針對(duì)符合油氣管道測(cè)量范圍的熱電偶用標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻進(jìn)行標(biāo)定，并通過最小二乘法進(jìn)行擬合，得到了標(biāo)定曲線和方程。

關(guān)鍵詞:油氣管道儀表自動(dòng)化熱電偶標(biāo)定

中圖分類號(hào):TM6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)08(a)-0050-01

1 引言

熱電偶是一種感溫元件，它把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，通過電氣儀表轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)溫的基本原理是兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端存在溫度梯度時(shí)，回路中就會(huì)有電流通過[1，2]。

2 熱電偶的標(biāo)定試驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用的熱電偶，測(cè)量溫度范圍是-75℃～1370℃，線芯直徑0.255mm，線芯材質(zhì)正極為鎳鉻合金，負(fù)極為鎳鋁合金。它的特點(diǎn)是，使用溫度范圍寬，高溫下性能穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜，因此，它是目前用量最大的熱電偶之一。熱電偶適于在氧化性及惰性氣氛中連續(xù)使用。短期使用溫度為1200℃，長(zhǎng)期使用溫度為1000℃。

(1)焊接原理

本次試驗(yàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻為參考對(duì)熱電偶進(jìn)行標(biāo)定。熱電偶的焊接接點(diǎn)大小與其測(cè)量溫度時(shí)的熱慣性和響應(yīng)速度有很大的關(guān)系。為了保證熱電偶的焊點(diǎn)小，并且焊點(diǎn)牢固，自制了一個(gè)利用電容放電焊接的設(shè)備，圖1是焊接原理圖。二極管選用的普通二極管。

(2)熱電偶的動(dòng)態(tài)標(biāo)定

絲式熱電偶動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定常用的方法有:脈沖信號(hào)法、階躍信號(hào)法和斜坡信號(hào)法。本次試驗(yàn)采用的熱電偶，其熱接點(diǎn)為毫米級(jí)，時(shí)間常數(shù)較大，因此采用傳統(tǒng)的標(biāo)定方法就能確定其時(shí)間常數(shù)。溫度階躍法是最常用的方法之一。本次試驗(yàn)采用階躍信號(hào)法，由于激光能夠在微秒或納秒內(nèi)使材料表面產(chǎn)生瞬時(shí)溫升，因此激光器是最好的加熱熱源，故本文采用激光作為對(duì)傳感器加熱的熱源[3，4]。

絲式熱電偶屬于一階系統(tǒng)，根據(jù)一階系統(tǒng)對(duì)階躍信號(hào)的響應(yīng)理論，當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí)，所需時(shí)間即為系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)τ，傳感器階躍響應(yīng)波形如圖2所示。從測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線可以算出時(shí)間常數(shù)τ′約0.5s。由于試驗(yàn)室激光器脈寬為2ms，周期為33ms，因此實(shí)際時(shí)間常數(shù)τ應(yīng)小于30ms。能夠滿足溫度試驗(yàn)的要求。

(3)熱電偶的靜態(tài)標(biāo)定

鑒于本次試驗(yàn)材料的溫度范圍，對(duì)熱電偶在測(cè)溫范圍0℃～600℃內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定。以得到熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)與熱端溫度的關(guān)系特性曲線E=f(t)。熱電偶靜態(tài)標(biāo)定采用的是比較法。比較法是將被檢熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻同時(shí)置于相同溫場(chǎng)中，用電測(cè)裝置在檢定點(diǎn)上分別測(cè)量被檢熱電偶的熱電勢(shì)值與標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻的電壓值，并進(jìn)行比較，計(jì)算誤差或相應(yīng)熱電勢(shì)值的一種方法。這種方法的特點(diǎn)是:(1)直接測(cè)量熱電偶的電勢(shì)值，原理簡(jiǎn)單、直觀;(2)標(biāo)準(zhǔn)鉑電阻是在檢定爐電源關(guān)閉狀態(tài)下開始檢測(cè)，干擾小，精度高;(3)測(cè)量次數(shù)少，操作方便，計(jì)算簡(jiǎn)單。靜態(tài)標(biāo)定所測(cè)得的熱電勢(shì)與熱電偶熱端溫度對(duì)應(yīng)起來。

3 數(shù)據(jù)擬合處理

為了利用公式法建立溫度傳感器的標(biāo)定線，需要進(jìn)行曲線擬合。曲線擬合問題是指:已知n+1個(gè)點(diǎn)，。其中互不相同，尋求函數(shù)，使得與所有數(shù)據(jù)點(diǎn)最為接近，也可稱為數(shù)據(jù)的平滑問題。線性最小二乘法是解決曲線擬合最常用的方法。其基本思路是:其中是事先選定的一組函數(shù):是待定系數(shù)()。尋求a0，a1，a2，…，am，使得為最小，即稱為最小二乘準(zhǔn)則。利用MATLAB軟件得到擬合結(jié)果[5，6]:

其中，y為溫度(℃)，x為熱電勢(shì)(mV)，圖3為擬合后的標(biāo)定曲線。數(shù)據(jù)擬合相關(guān)系數(shù)是評(píng)判擬合效果的重要指標(biāo)，它表示擬合線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的吻合程度，相關(guān)系數(shù)0.9997，擬合的標(biāo)準(zhǔn)差2.322，顯著性水平<0.001。

參考文獻(xiàn)

[1]賈力，方肇洪，錢興華等.高等傳熱學(xué).高等教育出版社.2002.

[2]伊薩琴科(俄).傳熱學(xué).高等教育出版社.1993.

[3]龔德恩，范培華，胡顯佑.經(jīng)濟(jì)學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ).四川人民出版社.

[4]楊述平.激光調(diào)制法的熱電偶時(shí)間常數(shù)測(cè)量.中北大學(xué)學(xué)報(bào).2007.

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