热电偶温度计量的误差原因与处置技术措施

李彬彬

梧州市计量测试所 广西梧州 543000

热电偶温度计量有众多优势，在工业生产中应用广泛，企业应当对其有更高的重视，加强对温度计量工作的开展，结合实际发展情况，改良创新出与时俱进的温度计量工具。

1 热电偶测温原理

热电偶工作测温的主要原理是利用塞贝克效应，然后再将温度差转化为电信号，再利用仪表将电信号转化为数字信号，也就是仪表上所显示的数值。当温度差越大时，不同导体间的电流就会越强，产生的电流信号也是愈强，在仪表上所显示的测温值也更大，两者是正相关关系。热电偶准确度高、灵敏度高、测温时间短，达到了又快又准的目的，同时能够直接接触待测物质是其最大优势。但是随着热电偶使用时间增加，导致精准度会逐渐下降，出现系统误差，需要对其误差来源进行不断分析，从而对其加强维护、保养以及校正，这样才能有效避免过大的误差，保证测量的精准度。

2 热电偶测量的常见问题

2.1 温度计量仪表达到上限温度，仪表数值最大化

工作人员在对热电偶温度仪器进行对接工作时，时常会有仪表的指针出现温度快速上升或者一动不动的现象，这时有经验的工作人员都会对热电偶系统进行检查，观察其是否出现短路的情况。在实际的工作中，工作人员一般默认为热电偶自身发生损坏导致温度仪器的温度骤然上升或者不动，缺乏一定的科学性和检验工作。同时在工作中也应当选择量程更加合适的温度计，否则仪表数值可能最大化，对温度计造成损坏。

2.2 用户缺乏热电偶更换操作的专业知识技能

用户在进行热电偶更换操作时分不清所对应的正极和负极的标识，从而导致在线路对接过程中容易出现热电偶一起指针反向的现象。并且，大多数的温度计量用户都缺乏专业的操作水平和知识，导致在使用热电偶温度计量时没有规范的操作，无法有效应用温度计量。在进行更换热电偶的时候还会存在正负极连接正确，但是补偿导线却出现接反的现象，这属于很难察觉的一种失误，很多用户都不明白为什么会出现这样的问题，这种失误影响了仪表的实际测量温度呈现。

2.3 全浸式的温度计插入深度不够

现阶段我国温度计量工作中使用的温度计大部分是全浸式的水银温度计，该温度计在使用过程中要求相关的测量人员将温度计插入足够深的深度来保证测量的精准。但是在实际的操作过程中，有时因测量人员操作不规范，插入深度不够，导致测温度和实际稳定度存在较大偏差，从而影响了温度计量检定结果的准确性[1]。

3 热电偶温度计量的误差原因及处置技术措施

3.1 安装与传热原因引起的计量误差

热电偶在进行温度测量时，需要直接与被测对象接触，换言之，使用热电偶进行温度测量，必将其插入到被测介质当中，这样才能使热电偶从被测介质中吸收热量，从而使自身的温度升高，并以热辐射与热传导的方式，向低温区散发热量。而在测量端各处散失的热量与气流吸收的热量达到平衡时，热电偶才能准确测量出介质的温度，并对数值进行显示。需要指出的一点是，这个温度并不是气流的真实温度，因为测量过程中散失掉的热量是通过气流加热进行补偿，气流与热电偶的测量端之间在进行热交换时，处于一种不平衡的状态，所以二者的温度也并不相同。

（1）热辐射误差的处置技术措施。由于测量端与外界环境之间存在辐射热交换的情况，因此，会引起热辐射误差，主要成因是对流换热无法达到热平衡。针对该问题，可以通过削弱辐射换热和加剧对流换热的方法，进行解决处理。具体做法如下：可在管壁上铺设绝热层，以此来降低管壁与热电偶测量端之间的温差，或是在热电偶的工作段外部加装一个屏蔽罩；可通过增加流体的流速或是加强扰动，来增大流体的放热系数；减小热电偶丝的直径，使热电偶的热电极与气流之间形成跨流，这样也能解决热辐射引起的误差问题[2]。

（2）导热误差的处置技术措施。使用热电偶对温度较高的气流进行测量时，因沿着热电偶长度存在温度梯度，所以，会使测量端沿热电极导热，从而导致指示温度与实际温度出现偏离，实践表明，导热量差的越多，误差就越大。对于此类误差，可以采取加剧对流或是削弱导热等措施进行解决处理，具体做法如下：可以适当增加长径比，并将热电偶从原本的垂直安装，改成倾斜安装，或是安装在弯头位置处，在实际安装的过程中，必须保证热电偶的测量端与气流方向相对，并且要处于流速最大的部位。在选用热电偶时，可以选择导热系数小的材料。

3.2 热电特性不稳定引起的计量误差

3.2.1 污秽与应力

通过对热电偶的生产工艺流程进行分析后发现，对偶丝进行加工的过程中，通常需要经过多道的缩径拉伸，由此不可避免地会使偶丝表面粘上一些污秽的物质。同时，在不断地缩径拉伸中，偶丝的内部结构会出现不均匀的应力，虽然淬火处理时引入的应力可以通过退火进行消除，但若是退火质量不达标，则会造成计量误差，其范围从十分之几度到几度不等，这个误差主要与热电极的温度梯度大小有关。市面上常见的廉金属热电偶的偶丝在经过退火处理后，便会交付使用，若是采用较高的温度对此类热电偶进行退火则必须保证退火的温度高于使用温度上限，并且插入深度也要大于使用深度，这样才能有效避免计量误差的产生。

3.2.2 不均匀性

如果热电偶采用均质的导体制作而成，那么其热电势主要与两端的温度有关，若是制作热电极的材料为非均质，则会使热电偶产生不均匀电势，而热电极长度的温度梯度分布情况决定了这个不均匀电势的大小，并且材料本身的不均匀程度也与不均匀电势的大小有一定关联。实践表明，不均匀电势引起的计量误差可以达到30℃左右，因此，为避免这一问题引起的计量温差，应当选用均质导体对热电偶进行制作，并在使用前进行检验，确保误差在允许范围以内方可使用[3]。

4 结语

工业中对温度的控制是在所难免的，控制精确的温度对工业生产方面有巨大意义，随着需求的产生，热电偶也顺势而生，越来越广泛的被应用到工业生产中。热电偶能够直接和环境相接触，测出环境中的温度，省略与介质接触步骤，从而使测量的温度更加精准，误差更小。