热电偶的检定与时效处理

　　热电偶作为温度传感器广泛应用于工业生产中。热电偶产生测量误差有3个原因:一是在制造时,热电偶材料由于受到外力的作用而产生应力,造成应力分布的不均匀;二是在使用中往往会受到其他化学成分的影响而使得材料成分发生变化;三是使用中产生的误差。后者因与工艺或生产过程有关,这里不再赘述,只讨论前面2个原因。

　　根据《JJG351-96工业用廉金属热电偶检定规程》规定,新制造或使用中的热电偶必须经检验合格后方可使用。然而,在检定过程中经常会出现一些超出允许误差的检定偏差。表1为热电偶在3种情况下出现的检定偏差。根据《JJG351-96工业用廉金属热电偶检定规程》规定,检定点允许误差为±0.75%t,从表1中可以看出有的偏差数值超出允许误差1℃~2℃。

　　出现这种情况是由于热电偶由2个不同的金属导体制成,导体内自由电子的运动产生热电势,它与制作热电偶热电极的材料均匀性有关。若热电极材料不均匀,两热电极又处于温度梯度中,则热电偶回路中就会产生一个附加电势。此附加电势的存在会使热电偶的热电特性发生变化,降低测温的准确性。

　　而造成热电极材料不均匀的主要原因有化学成分和物理状态两方面。

　　化学成分

　　(1)热电极表面局部的金属挥发和氧化。

　　(2)热电极中某些元素的选择性氧化。

　　(3)测温气氛、绝缘材料和保护套管材料对热电极的局部玷污和腐蚀等。

　　(4)材料的性质改变。镍铬-镍硅热电偶是一种价格低廉、用途广泛的廉金属热电偶。但在高温、气氛中使用时,随着铬的挥发,原先不具有亲磁性的镍铬极,在测量端出现亲磁性。测量端的误差越大,亲磁性越明显。

　　物理状态

　　(1)杂质分布不均匀,成分的偏析。

　　(2)应力分布的不均匀。实践证明热电偶的热电特性因应力的影响而发生变化。在生产过程中,由于塑性形变和退火不均匀、不彻底,往往造成偶丝材料的应力分布不均匀;在安装和使用过程中也会发生偶丝局部形变和加热不均匀而使热电极产生新的应力分布不均匀,从而使热电极沿长度方向出现热电特性不一致的现象,导致热电势发生变化。

　　(3)晶体结构不均匀。热电极的晶粒大小对热电特性有影响。

　　(4)测量端的热扩散。在高温下,热扩散改变了测量端附近的金相组织结构。

　　通过对图1和图2的金相组织结构比较,就可以看出热电偶材料的2种形状:图1的金相组织晶粒大小、分布均匀。图2的金相组织晶粒大小、分布不均匀,晶粒有长大的现象出现。