熱電偶溫度傳感器測量誤差的主要影響因素
1 插入深度的影響
1)測溫點的選擇,,熱電偶溫度傳感器的安裝位置,即測溫點的選擇是最重要的,。測溫點的位置,,對于生產工藝過程而言,,一定要具有典型性、代表性,,否則將失去測量與控制的意義,。
2)插入深度,熱電偶溫度傳感器插入被測場所時,,沿著溫度傳感器的長度方向將產生熱流。當環(huán)境溫度低時就會有熱損失,。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差,。總之,,由熱傳導而引起的誤差,,與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關,。金屬保護管因其導熱性能好,,其插入深度應該深一些(約為直徑的15—20倍),陶瓷材料絕熱性能好,,可插入淺一些(約為直徑的10-15倍),。對于工程測溫,其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態(tài)有關,,如流動的液體或高速氣流溫度的測量,,將不受上述限制,插入深度可以淺一些,,具體數值應由實驗確定,。
2 響應時間的影響
接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此,,在測溫時需要保持一定時間,,才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短,,同測溫元件的熱響應時間有關,。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件,差別極大,。對于氣體介質,,尤其是靜止氣體,至少應保持30min以上才能達到平衡,;對于液體而言,,最快也要在5分鐘以上。
對于溫度不斷變化的被測場合,,尤其是瞬間變化過程,,全過程僅1秒鐘,,則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此,,普通的澤天溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后,,而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。最好選擇響應快的傳感器,。對熱電偶而言除保護管影響外,,熱電偶的測量端直徑也是其主要因素,即偶絲越細,,測量端直徑越小,,其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定,。
Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (1)
式中t—測量時間S,,Δθ—在t時刻,測溫元件引起的誤差,,K或℃,;Δθ0—“t=0”時刻,測溫元件引起的誤差,,K或℃,;τ—時間常數S;e —自然對數的底(2.718),;因此,,當t=τ時,則Δθ=Δθ0/e 即為0.368,,如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135,。
當被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示:
Δθ∞=-ατ (2)
式中 Δθ∞—經過足夠時間后,測溫元件引起的誤差,。
由式(2)可以看出,,響應誤差與時間常數(τ)成正比。為了提高檢定效率許多企業(yè)采用澤天傳感自動檢定裝置,,對入廠熱電偶進行檢定,,但是,該裝置也并非十分完善,。二汽變速箱廠熱處理車間就發(fā)現(xiàn)如果在400℃點的恒溫時間不夠,,達不到熱平衡,就容易發(fā)生誤判,。
3 熱輻射的影響
插入爐內用于測溫的熱電偶,,將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的,,而且,,熱電偶溫度傳感器與爐壁的溫差較大時,,將因能量交換而產生測溫誤差。
在單位時間內,,兩者交換的輻射能為P,,可用下式表示:
P=σε(Tw4 - Tt4) (3)
式中σ—斯忒藩—波爾茲常數;ε—發(fā)射率,;Tt—熱電偶的溫度, K,;Tw—爐壁的溫度, K
在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體(溫度為T),通過對流及熱傳導也將發(fā)生熱量交換的能量為P′
P′=αA(T-Tt) (4)
式中α—熱導率;A—熱電偶的表面積,;在正常狀態(tài)下,,P= P′,其誤差為:
Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/αА (5)
對于單位面積而言其誤差為
Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α (6)
因此,,為了減少熱輻射誤差,應增大熱傳導,,并使爐壁溫度Tw,,盡可能接近熱電偶的溫度Tt。另外,,在安裝時還應注意:熱電偶安裝位置,,應盡可能避開從固體發(fā)出的熱輻射,使其不能輻射到熱電偶表面,;熱電偶最好帶有熱輻射遮蔽套,。
4 熱阻抗增加的影響
在高溫下使用的熱電偶溫度傳感器,如果被測介質為氣態(tài),,那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上,,使保護管的熱阻抗增大;如果被測介質是熔體,,在使用過程中將有爐渣沉積,,不僅增加了熱電偶的響應時間,而且還使指示溫度偏低,。因此,,除了定期檢定外,為了減少誤差,,經常抽檢也是必要的,。例如,進口銅熔煉爐,,不僅安裝有連續(xù)測溫熱電偶,,還配備消耗型熱電偶測溫裝置,用于及時校準連續(xù)測溫用熱電偶的準確度,。
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