熱電偶檢定過程監測儀表數據失穩原因分析

【摘 要】熱電偶是工業上最常用的測溫元件之一，廣泛用于工業生產中。在使用一段時間后，需進行檢定，得出修正值。熱電偶的檢定過程操作復雜繁瑣，檢定時間長，操作不當，過程不好逆轉。其檢定結果不確定度來源很多，監測儀表的波動是來源之一。本文僅從監測儀表數據不穩定這一方面分析可能的原因。檢定結果的數據是判斷熱電偶合格與否的標準，但監測儀表數據波動，檢定結果重復性大是困擾檢定人員的難題，本文從環境、設備、操作等方面及結合實踐經驗分析熱電偶在檢定過程中的數據失穩的原因，為檢定人員提供參考。

【關鍵詞】熱電偶 檢定 數據失穩

熱電偶是工業上最常用的測溫元件之一。其以測量精度高，測量范圍廣，構造簡單，使用方便的優點廣泛用于工業生產中。在測溫過程中，因受到測量環境，測量的方法，絕緣材料保護套管受玷污的影響，尤其是高溫腐蝕的環境中，其熱電性能會發生相應的變化，測量結果會有誤差，因而熱電偶在使用一段時間后，需進行檢定，得出修正值，以便對實際測量值進行修正，減少測量誤差，因此檢定的結果很重要。熱電偶檢定結果誤差來源很多，主要是人員、設備、環境等因素的影響。從過去的手動檢定到現在的自動檢定，各方面因素所造成的誤差來源逐步減少。排除了各種誤差來源之后，檢定數據是判斷熱電偶合格與否的標準，熱電偶的檢定規程要求在恒溫的情況下往返讀數四次，取其平均值作為測量結果。在檢定過程中經常會遇到儀表數據不穩定無法讀數的情況，即便自動采集數據，如果四次讀數差別較大，則測量結果重復性大，測量結果的不確定度必然大，致使檢定人員對檢定結果缺乏信心。造成儀表數據不穩定因素很多，分析如下：

1 偶絲質量的原因

熱電偶的測量原理就是兩種不同材料的導體組成閉合回路，當兩端有溫度差時，就有熱電勢存在。如果制作熱電偶的材料本生熱電極不均勻，對其熱電性能就有很大的影響。這個對于檢定人員無法把握，我們所要注重的是檢查熱電偶測量端的焊接情況，規程要求熱電偶表面應平滑、光潔、線性均勻，組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固，焊接端圓滑無氣孔、無砂眼、無夾渣，偶絲無氧化；使用過的熱電偶，熱電極晶粒變大，表面不光亮，發黑，需要經過清洗處理，消除污染層，保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離；兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣，以防短路；忽視熱電偶本身存在的問題，檢定結果通常變差較大。

2 冷端溫度不均勻的影響

規程要求冷端應置于冰點恒溫器中，當沒有冰點恒溫器時，通常至于空氣中，這時冷端溫度與離檢定爐的位置有關，不能完全以空氣的溫度為準，當離檢定爐比較近時，冷端溫度較高，而且隨著檢定溫度越來越高，冷端溫度也將緩慢升高，冷端溫度的不穩定也會造成終端測量結果的不穩定，當用這種方法檢定時，檢定室內應避免空氣流動，恒溫的時間要長，才能盡可能使冷端處于相對的穩定之中。由于熱電偶是有兩種材料組成的，兩個冷端溫度其實也不是完全相同的，用數字溫度計來測一下，通常差一兩度，取中值進行補償。因為這個原因，所以冷端最好放入恒溫槽中。可以自制恒溫槽，在保溫瓶中放入油水混合物，油比重小于水，浮在水上面，起到一個保溫的作用，成為一個簡易的恒溫槽，其效果應該比放入空氣中好，計算檢定誤差時應將冷端溫度即恒溫槽的溫度補償進去。

3 檢定爐的原因

檢定爐使用時間過長，爐體出現裂縫，保溫性能差，造成數據波動，這種情況應當更換檢定爐。檢定爐應無裂紋，爐膛內應該干凈無雜物。我有一次在檢定過程中，發現數據始終不能穩定，排除檢定中所有的干擾之后，仍然不能穩定，不得其解，后來將熱電偶從爐子中取出時，熱電偶綁扎完好，我朝爐中看了一下發現爐中有許多石棉殘留物，，我分析石棉是起保溫作用的，粘在測量端上，對恒溫有影響。將爐內的石棉清除干凈后，再檢定就正常了，

4 熱電偶綁扎不規范的影響

熱電偶應成束懸空放入檢定爐中，且測量端在同一平面。規程中要求將熱電偶綁扎成束，是有道理的，一方面將被檢熱電偶與標準熱電偶置于同一溫場內，減小檢定誤差，另一方面如將熱電偶散亂地放入爐內，測量端挨著爐壁，因為爐壁周圍有電爐絲纏繞，溫度應比腔內的溫度高，熱電偶受熱不均勻，穩定性差，波動度大，造成數據不穩，測量結果誤差也就大。如用耐高溫的電爐絲綁扎，應避免偶絲的正負極短路。經常遇到檢定使用過的熱電偶，保護套管破損，當將成束綁扎時，會將熱電偶的兩根偶絲碰到一起，造成測量數據不停波動，無法讀數。

5 標準偶與被檢熱電偶的測量端放置位置的影響

按照比較法測量的原理，標準應與被檢置于同一平面內，且置于檢定爐的均勻溫場內。通常為了保護標準熱電偶，檢定時將標準熱電偶放入一個一頭封閉的石英套管中，有時可能因為疏忽未將標準頂到頭，這樣標準熱電偶與被檢熱電偶不在同一溫場內，不但測量結果的誤差較大，而且因為標準偶偏離了測量溫場，也會造成數據失穩。

6 控溫偶的測量端位置的影響

控溫偶應接近測量溫場中。控溫偶一般在檢定爐的另一端，因為偶然情況也會發生位移，偏離測量溫場，但常常被忽視，當需控制的溫場和檢定的溫場不在同一位置時，很難恒溫，儀表數據也不穩定

熱電偶的檢定過程有別于其他計量器具的檢定，操作復雜繁瑣，檢定時間長，當被檢偶上爐，溫度升上去之后，到了檢測點發現監測儀表數據波動很大，此前的操作不當過程不好逆轉，因此通過觀察和規范操作，從以上幾個方面查找原因，可以避免或解決儀表數據不穩定的問題，減小測量結果的不確定度。

參考文獻：

[1]JJG131-2013《工作用貴金屬熱電偶檢定規程》.

[2]JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規程》.

[3] 劉常滿 編著.《溫度測量與儀表維修問答》.中國計量出版社.

作者簡介：吳萍（1970—），女，漢，安徽省銅陵市，現供職單位全稱：銅陵市計計量測試研究所，職稱：中級，研究方向：計量檢定測試技術。