探讨热电偶温度计量准确度的影响因素
【摘要】在温度计量仪表中，温度传感器是其核心的部分，有着十分繁多的品种。温度的计量，不管采用任何一种计量仪器，都需要满足准确、经济和数值稳定的要求，并且不能够被外界诸多不利因素的影响。对于热电偶温度计，如何才能在使用中达到很高的精度，这是设计人员急切需要解决的问题。在热电偶温度计的使用中，计量准确度会受到诸多干扰因素的影响。文章主要对其计量准确度的影响因素展开分析。
【关键词】热电偶；计量；准确度；影响因素
在众多的计量参数中，很多参数是需要被准确计量的，温度就是其中之一。以计量方式来进行划分，一般可以分为两类，接触以及非接触式；如果按照材料和特性来划分，一般可以分为本文提到的热电偶以及热电阻这两种。
在实际的工业生产中，上述几种温度计量仪表中，热电偶的优点较为突出，如制造简单，计量方便等，都为其在工业温度计量中的广泛应用奠定了良好的基础。在作者多年实践的基础之上，通过大量阅读相关文献，对热电偶计量误差进行了详细的总结。
1.热电偶测温基本原理
在热电偶温度计中，由感温元件以及外部的保护装置构成，在感温元件中，通过将不同材料的两种导体或者是半导体A以及B焊接，连接成一个闭合回路。如果二者之间的执着点之间出现了温差，二者就会出现电动势，在整个回路中就会出现一个大小电流，这样就被称为热电效应。通过电气仪表的作用之后，电流会转变为被测介质的温度，热电偶温度计的主要工作原理就是这一效应。
2.热电偶温度计量准确度的主要影响因素
2.1 测温点的选择。对热电偶进行安装，选择测温点是十分重要的。测温点的位置选择，对于整个生产过程来说，需要有特殊的意义，要有代表性，如果不能选择这样的位置，计量以及控制的意义将不复存在。
2.2 插入深度的影响。将热电偶放入到被测场地，传感器的长度方向就会出现热流。如果环境的温度比较低，热流会被损失。使得最终热电偶表现出的温度与被测对象的温度不相同，从而导致测温误差。热传导带来的误差，和放入的深度相关。插入深度方面，又受到了保护管材质的影响。金属性能的导热性能比较好，所以需要将其放入更深；而陶瓷性质的材料有较好的绝热性，需要将其插入较浅一些。工程测温中的插入深度，除了上述一些影响因素在之后，还会受到计量对象的状态等相关因素的影响。当被测物体为流动液体时，就不需要被上述的影响因素限制，可以讲插入深度减少一些，在实验中将具体的数值进行确定。
2.3 响应时间的影响。当测温元件和被测对象之间达到热平衡，就是接触法测温的基本原理。所以测温时，需要有一定的事件才能够让二者之间实现热平衡。保持时间市场还是短，主要由测温元件的热响应时间决定。这一时间的取决条件为传感器的结构和计量条件，不同的条件导致了很大的差别。如果为气体介质，且为静止，保持的时间要达到30分钟才可以。而如果是液体的，只需要五分钟以上就可以了。在被测场所中，温度是不断变化的，瞬间变化过程时间很短，仅仅为一秒，所以对于传感器的要求需要达到ms级别。所以，如果温度传感器比较普通，那么被测对象的温度变化速度将很难跟上，会出现滞后现象，另外热平衡达不到之后也会带来计量误差。因此在对传感器进行选择时，需要选择相应比较快的。对热电偶的响应时间产生影响的不仅仅是保护管，另外计量端直径也是一个重要的影响因素。如果偶絲较细，那么这一数值将越小，响应时间当然比较短。被测对象的温度，在温度上升和下降方面以α（k/s或℃/s）速度进行时，在一段时间之后，相应误差的计算公式为Δθ∞=-αT，Δθ∞：一段足够的时间之后，测温元件会出现误差。从上述公式来看，时间常数（T）和相应误差之间成正比关系。
2.4 热辐射的影响
在炉中进行测温工作的热电偶，高温物体会产生热辐射，引起热电偶加热现象。如果炉内的气体假定为透明的，热电偶和炉壁之间的温差比较大时，那么能量交换之后也会带来测温方面的误差。
所以想要减少这部分误差，需要将热传导增加，让炉壁的温度和热电偶温度接近。此外，安装过程中需要特别注意，热电偶的具体安放位置需要与固体发出的热辐射错开，固体的热辐射不能直达热电偶的表面，需要时将热电偶外部加入热辐射遮蔽套。
2.5 热阻抗增加的影响
热电偶在高温下工作，被测介质如果是气体，那么保护管表面的灰尘会在表面上被烧熔，保护管的热阻抗将会增加。如果介质是熔体，那么在操作中会出现炉渣的沉淀，使得热电偶响应时间被增加，指示温度方面会变低。所以在定期的检查之外，为了减少误差，需要对其进行不定时的抽检。所以在生产的现场，连续测温热电偶需要被安装，还需要配备好消耗型热电偶测温装备，以方便对前者进行准确度的校准。
2.6 热电偶丝不均质引起误差
热电偶有着不均质的材质。厂家在进行偶丝生产时，通常会因为温度等原因，导致竹节状出现，粗细并不均匀，甚至出现严重的打卷现象。另外在后期的加工中会出现其他问题，对热电偶进行的反复加工，会让热电偶出现畸变，均质性也会失去。在进行测温工作时，很多偶丝位于高温区，若偶丝为均质性，那么根据均质回路定则，长度和计量的结果没有关联。如果不是均值性，并且处于有温度变化的场所，那么局部就会出现寄生热电动势，最后导致的误差就被认为是不均质误差。
2.7 计量系统漏电影响
如果出现了电流泄露，主要是因为绝缘不良。这对于热电偶测温是否准确有着极大的影响，将热电势歪曲，仪表显示方面则会失真，更为严重的是不能开展正常工作。漏电带来的误差表现在多个方面，如热电极绝缘瓷管没有很好的绝缘电阻，热电流会旁路，热电偶端电压下降，但是影响并不会太大。电测设备如果出现漏电，也会出现上述现象，最终出现误差。
3.结论
从上述的不稳定因素的论述来看，这些都是热电偶计量温度时，必须要认识的。通过对热电偶温度计量准确度的影响因素分析，总结出在热电偶的制作和使用中，现场插入位置及深度、响应时间、热辐射、热阻抗增加、热电偶丝不均质、计量系统漏电等都是影响最终温度计量准确度的因素，对于这些影响因素，在实际温度计量中，我们只要仔细观察，善于总结就能够有效避免这些不必要的测量误差，提升温度计量的准确度。
参考文献：
[1]王魁汉.温度测量技术[M].东北工学院出版社，1992.
[2]徐科军.传感器与检测技术[M].北京：电子工业出版社，2004：75-92.