热电偶使用中的几个问题和解决办法

　　0　引言

　　热电偶作为一种重要的测温传感元件,在测温系统中起着重要作用。正确使用热电偶能够保证我们测得准确的温度,反之,则容易对温度的测量产生不良的影响。

　　1　热电偶的工作原理

　　热电偶的结构如图1所示,其工作原理是基于赛贝克效应,即:如果A、B是由两种不同成分的均质导体组成的闭合回路,当两端存在温度梯度(T,T0)时,回路中就有电流通过,那么两端之间就存在赛贝克电势———热电势,记为EAB(T,T0)。其值与组成热电偶的金属材料性质、热端与冷端的温度差的大小有关,而与热电极的长短、直径大小无关。此不同导体的组合称热电偶,T端称工作端(热端);T0称为参考端(冷端)。

　　2　热电偶使用中的问题及解决方法

　　热电偶作为测温的一次元件,因其结构简单、测量精度高、动态响应快和测温范围广以及可远距离测量等优点而得到广泛应用,但是在实际测温工作中,热电偶参考端的温度常随环境温度的变化而变化,且热电偶安装位置是否得当,使用气氛是否适应,都会直接影响测量数据的准确度。为达到精确测量温度的目的,下面分几个方面对正确使用热电偶逐一进行论述。

　　2.1　热电偶的选用

　　正确地选择热电偶是合理使用热电偶的前提,不但可以准确地得到温度数值、保证产品质量和安全,而且还可以节省热电偶材料的消耗。

　　热电偶的选择,首先应根据被测温度的上限和使用环境来选择热电偶的热电极和保护套管,其次根据被测对象的结构和安装特点来选择热电偶的规格尺寸。热电偶按结构形式可分为:普通工业型、铠装型、高性能实体型和特种型热电偶。常见的普通工业型热电偶有铂铑10-铂热电偶、镍铬-镍硅热电偶以及铜-康铜热电偶等几种。表1是一个生产选用的示例。

　　铠装型热电偶是将热电极丝装在有绝缘材料的金属套管中,经组合加工成可弯曲的坚实的组合体,再依所需长度截断,对其测量端和参考端进行加工即制成。该热电偶可以做得很细很长,在使用中可随测量需要而弯曲。其测量范围宽、响应速度快、接热点处的热容量小、使用寿命长,同时机械强度高、耐压性能高、适应性广、绕性大、安装使用方便,应用极其广泛。

　　2.2　补偿导线的正确选用

　　补偿导线是指连接热电偶接线盒与温度指示仪表的一对带有绝缘层的导线。选用补偿导线要特别注意:它的热电特性只在一定的温度范围(0~100℃)与热电偶近似,各种补偿导线只能与相应的热电偶配用,因为不同导线的热电特性不同,在同一温度下补偿电势的大小也不同。各种热电偶都有相对应的补偿导线,如表2所示。正确使用补偿导线,不但可以将热电偶的参考端延伸到远离热源或温度较恒定的地方,改善其测量线路的机械物理性能,而且还能降低测量线路的成本,提高测温准确性,起到补偿温度的作用,这一点是普通导线所不具备的。补偿导线可以作为所配热电偶的延长线,但应当指出,它并不能消除冷端温度不为0℃的影响。补偿导线的使用还应注意,其连接点的温度应相同,且不能超过规定的使用范围(普通型不大于100℃,耐热性不大于200℃),同时保证其与热电偶连接时极性不得接反,否则将产生附加热电动势,对回路总热电动势产生影响,从而增大测温误差。