热电偶应用与相关问题研究

龚会茹 李瑞

【摘 要】以推广热电偶应用为前提，针对热电偶运用过程中存在的问题展开分析，并且介绍了热电偶分类与特征，最后阐述了热电偶应用影响因素以及解决对策，了解到提高热电偶稳定性与安全性的有效举措，为今后工业设备运行以及行业发展奠定基础。

【关键词】热电偶；非标准热电偶；测量点；热辐射

随着我国工业现代化程度日益加深，我国工业设备日趋完善，现代化水平越来越高，热电偶作为其重要的组成部分，必须要加以重视，否则就会因为使用方法不当而产生相应的误差，进而带来相应的问题，必须要做好热电偶检验工作，将误差控制在最小的范围内。

1 热电偶的分类及其特点

标准热电偶是指国家标准中规定了热电偶热电势与温度的关系，有统一标准分度表，允许存在一定误差的热电偶[1]。

非标准热电偶一般没有统一的分度表，主要用于测量一些特殊的场合，使用范围和数量级比标准热电偶要小，组成热电偶的热电极必须牢固的焊接在一起，两个热电极之间应有比较好的绝缘，防止发生短路；补偿导线与热电偶自由端的连接要牢固可靠，保护套管要保证热电极与外界的介质充分隔离，以保证热电偶可靠、稳定地工作。

2 热电偶应用常见问题

2.1 热电偶材质本身存在不均质

热电偶在进行安装的时候必须要结合实际需求进行安装，在炉内安装的时候必须要保障其位置在 30 厘米左右，从而局限了热电偶的检测范围，为了真正的体现出温度方位只有从测量端开始的 30 厘米[2]。如果热电偶处于高温地区，就会因为材质问题而直接影响到检测误差，比如检测的时候，如果热电偶丝的材质是均匀的，那么整个回路和检测结果与距离并没有关系，但是，没有一个物质是绝对均匀的，尤其是均匀性比较差的物质会逐步的产生热动式，进而形成了误差。

2.2 热电偶丝所产生的不均质

大部分新的热电偶在使用的初始阶段往往为了能够满足电动势的需求，随着时间的推移，就会导致其出现一定的形变，比如工业炉内的热电偶就会随着热电偶丝的温度增强不断的恶化一部分，所有的温度梯度场就会随之叠加，并且会出现测量误差。在进行实际检查的时候，往往会因为一个热电偶部件出现问题，一旦进行常规设备检查的时候，其本身是合格的，主要就是因为不均匀热电偶丝产生的。即热电偶的不合格率和它的检测长度变化成正比，如果热电偶丝材质没有发生影响，那么电动势所带来的误差和自身不同材料和温度也有着十分紧密的联系。

2.3热电偶的分流误差

渗碳炉中的热电偶往往会因为工作不久之后出现计量误差，其主要原因就是因为热电偶的分流误差造成的。一般测量炉温的时候会选择铠装热电偶。如果温度超过 800℃之后，就会导致绝缘电阻下降，热电偶值出现了异常[3]。必须要结合均质回路定则，热电偶测温往往与测量端和参考端温度有关，与中间温度分布无关。但是因为铠装热电偶绝缘物往往属于粉末状氧化镁，温度每升高100℃就会降低绝缘电阻，进而会导致分流过程中产生了一定的误差。

3 热电偶实际应用

3.1 热电偶应用影响因素

3.1.1 测量点的位置

测量点在选择的时候必须要重视测量位置的选择，尤其在生产过程中必须要严格的控制角度进行调整，热电偶安装完成之后，往往会在传感器较长的方向产生热流，大部分情况下，如果环境温度比较低就会出现比较严重的热损失，所以，被测物体温度过高或者过低的时候都会与热电偶产生一定的温差，热传导过程中的误差和测量点位置息息相关，与位置和管材的材料有着紧密的联系。目前，比较常见的管材包括了金属管以及陶瓷材料，金属材料本身的传热性比较高，往往会设计较深的位置，陶瓷材料选择的位置比较浅，工程测量和插入深度与测量的对象有着十分紧密的联系，比如流动的液体以及气流温度等测量程序会更加繁琐，其主要数据必须要由实际的检测过程决定。

3.1.2 热辐射的影响

如果炉内的温度比较高，热电偶就会因为热辐射而出现加热的现象，如果炉内的气体出现了变化，就会导致热电偶和炉壁之间存在着温差，在进行能量交换的时候也会存在着误差，热阻抗就会增加。如果测量物质为熔体的时候可以根据炉渣的沉积现象增加热电偶的相应时间，从而会导致标准降低。为了能够有效的减少检测误差，必须要做好抽检工作，比如连续高温感应热电偶以及消耗类型进行检测，在校准连续的时候对热电偶进行准确的检测。

3.2解决热电偶中存在问题的主要措施

3.2.1 铠装热电偶直径

对于长度为9m的 K 型铠装热电偶，往往会在进行热电偶中间部位加热。根据多年来的实验表明，分流误差大小和直径平方根成反比，分流误差与直径有着十分紧密的联系，随着直径越细，分流误差就会越大。所以，为了能够减少分流误差带来的影响必须要选择直径比较大的铠装热电偶。

3.2.2 中间部位的温度

热电偶中间稳定过高也是形成分流误差的主要因素之一，所以，在进行热电偶检测的时候，应该尽量的避免在高温的状态下，将温度控制在 800℃以下，同时还必须要控制好测温距离，一般情况下测量端的距离越远，所产生的分流误差也就会越大，所以，必须要尽量的避免在测量端位置加熱。

3.2.3 热电偶丝的电阻

如果铠装热电偶直径相同的时候，分流误差就会随着热电偶丝的电阻增大而增加，所以，为了能够有效的减少误差的出现，必须要将电阻控制在最小的范围内，最好选择电阻比较小的热电偶丝。

结束语

综上所述，现如今热电偶的使用在工业行业中已经非常普遍，尤其是温度传感器，尽管该传感器的结构较为简单，但若实际应用期间缺乏对细节的重视，必然会导致测量误差。为此，操作人员需要使用有效举措消除误差，提升检验水平。

参考文献：

[1]董清锋，张飞，李晓宏，陈菲.热电偶在循环流化床气化炉应用中的问题与对策[J].化工自动化及仪表，2017，44（12）：1175-1177+1184.

[2]刘洪波.XDB-WRKK-A新型表面测温热电偶在气化炉的应用[J].自动化与仪表，2017，32（06）：68-70.

[3]郝晓剑，段向港，昝清波，张根甫，周汉昌.阶跃温度场在热电偶时间常数测试中的应用[J].中国科技论文，2017，12（11）：1285-1289.