熱電偶測溫誤差分析及解決方法

劉 智（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 計量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

熱電偶測溫誤差分析及解決方法

劉 智
（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 計量室,黑龍江 齊齊哈爾 161005）

摘 要：熱電偶是工業生產中較為常用的一種溫度傳感器，由于其使用簡單且功能性較好，因此長期以來一直作為溫度檢測元件被廣泛應用。而在工業生產的實際的溫度測量過程中，由于安裝及使用過程中的一系列因素的影響，會使熱電偶在測溫過程中會出現一定程度的誤差，影響溫度測量的準確性。本文將對熱電偶測溫過程中出現的誤差進行原因分析，進而探討熱電偶測溫誤差的解決方法。

關鍵詞：熱電偶；測溫誤差；誤差修正

1 熱電偶的測溫基本原理

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，而必須要利用一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準確度較高、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。

2 熱電偶測溫誤差及原因分析

（1）熱電偶安裝因素造成的誤差。熱電偶在安裝過程中位置的選擇不合理，以及實際測溫時插入被測環境的深度不當，都會導致熱電偶測溫誤差的產生。同時針對不同測溫對象，熱電偶插入的深度也要進行相應的調整，要根據實際測溫工作的需要，結合科學的實驗數據，對不同對象測溫時插入的深度進行準確的確定。

（2）參考端溫度變化導致的測溫誤差。利用熱電偶進行測溫的過程中參考端的溫度十分重要，參考端的溫度對熱電偶的熱電動勢有著直接的影響，因此保持參考端的溫度的恒定，是保證熱電偶測溫精度的前提條件。一般情況下，參考端的溫度以保持0℃為最佳，但在實際的測溫工作中，并不容易取得0℃的理想值，因此采取一些其他的方法進行溫度補償也是提高熱電偶測溫精度的常用措施。

（3）熱輻射以及導熱誤差。熱輻射誤差主要是由熱電偶測量端與環境的輻射熱交換所引起的，而導熱誤差則是由于沿熱電偶長度存在溫度梯度，而測量端必然會沿熱電極導熱,使得指示溫度偏離實際溫度。

（4）熱電偶動態響應誤差。由于熱電偶的測溫方式屬于接觸式，因此在測溫過程中熱電偶測溫元件需要通過一定時間的保持使其同被測的對象達到熱平衡，所需要保持的時間取決于熱電偶的熱響應時間，熱響應時間則根據具體的測量環境條件以及熱電偶的結構而有所差別。對于靜止的測量對象以及測量環境熱電偶在保持一定時間后可以準確測量出溫度數據，然而當測量對象及環境的溫度時刻變化時，往往對熱電偶的熱反應時間有著很高的要求，當傳感器的熱響應速度無法跟上被測環境溫度的變化速度時，就會因為無法達到熱平衡而產生誤差。

（5）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。

3 熱電偶測溫誤差的修正

（1）結合實際測量需要，合理選擇測溫點，準確控制熱電偶插入深度。選擇具有代表性的測溫點是保障熱電偶測溫的準確性的基本條件，在實際測量工作中，要結合對被測設備的研究以及設備正常工作過程中的溫度特性，找到最典型的點位作為測溫點，才能達到有效的測溫與控溫的目的。要根據測量對象的不同，以及測溫裝置保護管材質的區別來進行插入深度的設定，通過一些相應的科學實驗進行有效的參考與指導，進而確定不同測量工作條件下的插入深度。

（2）參考端溫度變化導致測溫誤差的修正方法有很多種，其中較常用的方法包括：恒溫器法、補償電橋法以及補償導線法等。恒溫器法主要是通過冰點恒溫器的使用，使熱電偶的參考端溫度保持恒定，將參考端溫度控制在0℃以確保測量的準確性。補償電橋法，是通過在測溫系統加入一個具有電壓補償作用的橋路裝置，讓該裝置的電壓隨溫度升高而升高，針對性的補償參考端溫度變化造成的熱電勢的降低值，使系統中的電壓數值維持相對平衡，進而保持系統溫度測量的準確度。補償導線法的原理是利用補償導線將熱電偶參考端延長至溫度相對恒定的地方，進行有效的修正，但補償導線法的修正作用不足以完全消除參考端溫度變化導致的測溫誤差，所以在使用補償導線法進行誤差修正時還要結合其他的方法，共同作用來進行有效的修正，進而減小原參考端溫度變化對測量精度的影響。

（3）針對熱輻射導致的測量誤差可以通過兩種方法進行修正，一是加劇對流換熱,二是削弱輻射換熱。對于導熱誤差的修正也可以通過采取大多數可以加強對流或是削弱導熱的措施來實現。

（4）對熱電偶動態響應誤差的修正，主要通過提高溫度傳感器的熱響應速度，縮短傳感器熱響應滯后時間來實現。通過科學的實驗研究發現熱電偶的熱響應時間與熱電偶接點的體積以及與被測介質的接觸面積有關，因此在實際溫度測量中，減小熱電偶接點的體積，從而減小接點部分的熱容量，或通過改變接點的形狀等方式增大接點與被測介質的接觸面積，都可以有效的減少熱響應的滯后時間。此外，通過改變熱電偶的材質，提高熱電偶的熱響應速度也是修正動態響應誤差的有效方法。

（5）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分流誤差的修正。

參考文獻：

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