如何做好热计量表温度传感器误差的测量

许晓明　黄哲芳

摘 要：热量表在我国是一种新的计量器具。作为贸易结算的热量表，属于强制检定的计量器具，其准确与否直接关系百姓的利益和节能减排的成效。热电偶是一种最简单、最普通的温度传感器。如果在使用中不注意，也会引起较大测量误差。本文探讨了如何做好热计量表温度传感器误差的测量。

关键词：热计量表；温度传感器；误差；测量

热量表在我国是一种新的计量器具。随着城镇供热体制改革，热量表生产企业迅速发展。作为贸易结算的热量表，属于强制检定的计量器具，其准确与否直接关系百姓的利益和节能减排的成效。热量表计量原理热量表是一种测量在热交换环路中载热液体所吸收或释放热能的计量器具，其测量对象限定为以水为载体的供热或供冷系统。热量表主要由流量传感器、配对温度传感器和计算器三部分组成。热电偶是一种最简单、最普通的温度传感器。如果在使用中不注意，也会引起较大测量误差。

1 热计量表温度传感器测量误差的影响因素

（1）安装或使用不当的影响。安装或使用方法不当，将会引起较大的测量误差，甚至检定合格的热电偶也会因操作不当，在使用时不合格，在渗碳等还原性气氛中，如果不注意，K型热电偶也会因选择性氧化而超差。

（2）测温点的影响。热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。

（3）热辐射的影响。插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的，而且，热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差。

（4）插入深度的影响。热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。由热传导而引起的误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些，陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些。对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量，将不受上述限制，插入深度可以浅一些，具体数值应由实验确定。

（5）热阻抗增加的影响。在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。

（6）响应时间的影响。接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；对于液体而言，最快也要在5min以上。 对于温度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。

2 如何做好热计量表温度传感器误差的测量

要进行可靠的温度测量，首先需要选择正确的温度仪表，也就是温度传感器。其中热电偶、热敏电阻、铂电阻（RTD）和温度IC都是测试中最常用的温度传感器。例如：热计量表分为整体式和组合式，对于整体式的仪表，要测量温度传感器的误差，就要和积算器同时测量，把温度传感器的误差和积算器的误差相加才是需要的结果；而组合式的仪表，就可以对温度传感器单独测量。

温度传感器单独使用进行测量的方法是，把传感器置于温度恒定的环境中，测定温度传感器在不同的温度值下显示的温度和准确温度之间的误差。需要注意的是，除了要单独测量温度传感器的误差，还要检测一下传感器的配合部分的误差，不同的环境，不同的焊接方法，不同的接线方式，都会导致有一定的误差，这些其它误差需要把它排除。就是把传感器和积算器同时测量，这样就需要根据不同的积算器的设计原理使用相应的测量方法，两种测量方法测得的误差结合就可以得到温度传感器的正确误差，公式需要根据不同的需求，得出最符合现况的测量误差的方法。

在计算换热器换热量的热计量仪中，一般采用一组（两支）测温传感器测量流经换热器的流体在换热器进、出口处的温度值，用流量计测量流体流经换热器的流量，然后通过相应的程序计算换热器与周围环境的换热量。由于技术、价格等原因，国内外几乎所有生产热计量仪表的厂家采用的流量计都是体积流量计。在流量传感器设计时也都采用脉冲方式，即每单位体积流量发出一定数目的脉冲信号，由此来测量流经换热器流体的体积流量。

在测量高温气流的温度时，由于沿热电偶长度存在温度梯度，故测量端必然会沿热电极导热，使得指示温度偏离实际温度。导热量相差越多，相应的误差就越大，因此凡能加剧对流和削弱导热的因素都可以用来减少导热误差。具体方法有：增加L/d；将热电偶垂直安装改成斜装或弯头处安装，安装时应注意使热电偶的端对着气流方向，并处在流速最大的位置上；选用热电偶和支杆导热系数较小的材料。

热辐射误差产生的原因是热电偶测量端与环境的辐射热交换所引起的，这是热电偶与气流之间的对流换热不能达到热平衡的结果。减少辐射误差的办法，一是加剧对流换热，二是削弱辐射换热。具体方法有：尽量减少器壁与测量端的温差，即在管壁铺设绝热层；在热电偶工作端加屏蔽罩；增大流体放热系数，即增加流速，加强扰动，减小偶丝直径或使热电极与气流形成跨流等。另外，在安装时还应注意：热电偶安装位置，应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；热电偶最好带有热辐射遮蔽套。

绝缘不良是产生电流泄漏的主要原因，它对热电偶的准确度有很大的影响，能歪曲被测的热电势，使仪表显示失真，甚至不能正常工作。漏电引起误差是多方面的，例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较差，使得热电流旁路。若电测设备漏电，也能使工作电流旁路，使测量产生误差。由于测量热电势的电位差计都是低电阻的，因此它对绝缘电阻的要求并不高，影响热电势测量的漏电主要是来处被测系统的高温，因为热电偶保护管和热电极的绝缘材料的绝缘电阻将随着温度升高而下降，我们通常所说的铠装热电偶的“分流误差”就属这类情况。一般是采用接地或其它屏蔽方法。对铠装热电偶的分流误差我们通常是以增大其直径；增加绝缘层厚度；缩短加热带长度；降低热电偶的电阻值等方法来降低误差的。

总之，为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶使用寿命，要求使用者不但要具备仪表方面的操作技能，而且还要具有物理、化学及材料等多方面知识，才能最大限度的降低热计量表温度传感器的测量误差。

参考文献

[1]关晓红，肖瑛. 热量表的计量原理及计算[j]. 品牌与标准化，2009（14）

[2]中华人民共和国城镇建设行业标准，热量表，CJ/T128---2000[S].北京：中华人民共和国建设部，2000