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熱電偶插入深度對溫度測量精度影響有哪些?

發布日期:2021-12-10  來源:安徽玖協  作者:網絡信息部  閱讀次數:1235
        一、熱電偶插入深度的影響

       (1)測(ce)溫(wen)(wen)點(dian)的(de)(de)選擇 熱(re)電偶的(de)(de)安裝位(wei)(wei)置,即測(ce)溫(wen)(wen)點(dian)的(de)(de)選擇是很重(zhong)要的(de)(de)。測(ce)溫(wen)(wen)點(dian)的(de)(de)位(wei)(wei)置,對于(yu)生產工藝過程而言(yan),一定要具有(you)典型性、代(dai)表性,否則將失(shi)去(qu)測(ce)量與控(kong)制(zhi)的(de)(de)意義。

       (2)插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du) 熱(re)電偶(ou)插(cha)入(ru)(ru)被測(ce)場(chang)所時(shi),沿(yan)著傳感器(qi)的(de)長(chang)度(du)(du)方向將產生(sheng)熱(re)流(liu)。當環境溫(wen)度(du)(du)低時(shi)就會有(you)(you)熱(re)損失。致(zhi)使熱(re)電偶(ou)與(yu)(yu)(yu)被測(ce)對象的(de)溫(wen)度(du)(du)不一(yi)(yi)致(zhi)而產生(sheng)測(ce)溫(wen)誤差。總之,由(you)熱(re)傳導而引起的(de) 誤差,與(yu)(yu)(yu)插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)有(you)(you)關(guan)(guan)。而插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)又與(yu)(yu)(yu)保(bao)護管(guan)材質(zhi)有(you)(you)關(guan)(guan)。金屬保(bao)護管(guan)因其(qi)導熱(re)性(xing)能好,其(qi)插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)應(ying)該深(shen)(shen)(shen)一(yi)(yi)些(約(yue)為直(zhi)(zhi)徑的(de)15—20倍),陶(tao)瓷材料絕熱(re)性(xing)能好,可插(cha)入(ru)(ru)淺一(yi)(yi)些(約(yue)為直(zhi)(zhi)徑的(de) 10-15倍)。對于工(gong)程測(ce)溫(wen),其(qi)插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)還與(yu)(yu)(yu)測(ce)量對象是靜(jing)止或(huo)流(liu)動(dong)等狀態有(you)(you)關(guan)(guan),如流(liu)動(dong)的(de)液(ye)體(ti)或(huo)高速(su)氣(qi)流(liu)溫(wen)度(du)(du)的(de)測(ce)量,將不受上述限制,插(cha)入(ru)(ru)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)可以淺一(yi)(yi)些,具(ju)體(ti)數值應(ying)由(you)實驗(yan)確定(ding)。 

       二、響(xiang)應時間的(de)影響(xiang) 

       接觸(chu)法測(ce)(ce)溫(wen)(wen)的基本原(yuan)理(li)是(shi)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)元件要(yao)(yao)與被(bei)測(ce)(ce)對(dui)(dui)象(xiang)達(da)到熱(re)(re)平衡(heng)。因(yin)(yin)此,在(zai)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)需要(yao)(yao)保(bao)持(chi)(chi)一定時(shi)(shi)間(jian),才能(neng)使兩者達(da)到熱(re)(re)平衡(heng)。而(er)保(bao)持(chi)(chi)時(shi)(shi)間(jian)的長短(duan),同測(ce)(ce)溫(wen)(wen)元件的熱(re)(re)響(xiang)應(ying)時(shi)(shi)間(jian) 有關。而(er)熱(re)(re)響(xiang)應(ying)時(shi)(shi)間(jian)主要(yao)(yao)取決(jue)于(yu)(yu)傳感(gan)器(qi)的結(jie)構(gou)及測(ce)(ce)量(liang)條(tiao)件,差別極大。對(dui)(dui)于(yu)(yu)氣體(ti)(ti)介質,尤(you)其(qi)(qi)是(shi)靜止氣體(ti)(ti),至少應(ying)保(bao)持(chi)(chi)30min以上(shang)才能(neng)達(da)到平衡(heng);對(dui)(dui)于(yu)(yu)液體(ti)(ti)而(er)言(yan),很(hen)(hen)快(kuai)(kuai)也要(yao)(yao)在(zai)5min以上(shang)。 對(dui)(dui)于(yu)(yu)溫(wen)(wen) 度(du)不(bu)(bu)斷變化的被(bei)測(ce)(ce)場(chang)所(suo),尤(you)其(qi)(qi)是(shi)瞬(shun)間(jian)變化過程(cheng),全(quan)過程(cheng)僅1秒鐘,則(ze)要(yao)(yao)求傳感(gan)器(qi)的響(xiang)應(ying)時(shi)(shi)間(jian)在(zai)毫秒級(ji)。因(yin)(yin)此,普(pu)通的溫(wen)(wen)度(du)傳感(gan)器(qi)不(bu)(bu)僅跟不(bu)(bu)上(shang)被(bei)測(ce)(ce)對(dui)(dui)象(xiang)的溫(wen)(wen)度(du)變化速度(du)出現滯(zhi)后,而(er)且也會因(yin)(yin)達(da)不(bu)(bu) 到熱(re)(re)平衡(heng)而(er)產生測(ce)(ce)量(liang)誤(wu)差。很(hen)(hen)好選擇響(xiang)應(ying)快(kuai)(kuai)的傳感(gan)器(qi)。對(dui)(dui)熱(re)(re)電偶(ou)而(er)言(yan)除保(bao)護管(guan)影響(xiang)外,熱(re)(re)電偶(ou)的測(ce)(ce)量(liang)端(duan)直徑也是(shi)其(qi)(qi)主要(yao)(yao)因(yin)(yin)素,即偶(ou)絲越細,測(ce)(ce)量(liang)端(duan)直徑越小(xiao),其(qi)(qi)熱(re)(re)響(xiang)應(ying)時(shi)(shi)間(jian)越短(duan)。

       測(ce)溫元(yuan)件(jian)熱 響應誤(wu)差(cha)(cha)(cha)可(ke)通過(guo)下式(shi)確定 【1】。 Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—1) 式(shi)中 t—測(ce)量(liang)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian) S, Δθ—在(zai) t 時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻,測(ce)溫元(yuan)件(jian)引起的誤(wu)差(cha)(cha)(cha),K或(huo)℃ Δθ0—“t=0” 時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)刻,測(ce)溫元(yuan)件(jian)引起的誤(wu)差(cha)(cha)(cha) ,K或(huo)℃ τ—時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)常數 S e —自然(ran)對(dui)(dui)數的底(2.718) 因此,當t=τ時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),則Δθ=Δθ0/e 即(ji)為(wei)0.368, 如果(guo)(guo)當t=2τ時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),則Δθ=Δθ0/e2 即(ji)為(wei)0.135。 當被(bei)測(ce)對(dui)(dui)象的溫度(du),以一(yi)定的速度(du)α (k/s或(huo)℃/s)上升或(huo)下降時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi),經過(guo)足(zu)夠(gou)(gou)的時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)后(hou),所產生(sheng)(sheng)的響應誤(wu)差(cha)(cha)(cha)可(ke)用(yong)下式(shi)表示(shi): Δθ∞=-ατ (2—2) 式(shi)中 Δθ∞—經過(guo)足(zu)夠(gou)(gou)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)后(hou),測(ce)溫元(yuan)件(jian)引起的誤(wu)差(cha)(cha)(cha)。 由式(shi)(2—2)可(ke)以看出(chu), 響應誤(wu)差(cha)(cha)(cha)與時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)常數(τ)成(cheng)正(zheng)比。為(wei)了提高(gao)檢(jian)定效(xiao)率許多企業采用(yong)自動檢(jian)定裝置,對(dui)(dui)入廠熱電偶進行(xing)檢(jian)定,但是,該裝置也(ye)并非十(shi)分完善。二汽(qi)變速箱(xiang)廠熱處(chu)理(li)車間(jian)就發現如果(guo)(guo)在(zai)400℃點的 恒溫時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)不(bu)夠(gou)(gou),達不(bu)到熱平衡,就容易發生(sheng)(sheng)誤(wu)判。

       三、熱輻射的影響 

       插(cha)入爐內(nei)用(yong)(yong)于(yu)測溫(wen)(wen)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou),將(jiang)被高溫(wen)(wen)物體發出的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)輻射(she)(she)加熱(re)(re)(re)。假(jia)定爐內(nei)氣(qi)(qi)體是透(tou)明的(de)(de)(de),而(er)(er)且,熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)與(yu)爐壁(bi)(bi)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)差較大(da)時(shi),將(jiang)因能(neng)量交換(huan)而(er)(er)產生(sheng)測溫(wen)(wen)誤(wu)差。  在(zai)單(dan)(dan)(dan)位時(shi)間(jian) 內(nei),兩者(zhe)交換(huan)的(de)(de)(de)輻射(she)(she)能(neng)為(wei)P,可用(yong)(yong)下(xia)式(shi)(shi)表示: P=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3) 式(shi)(shi)中 σ—斯忒藩(fan)—波爾茲常數 ε—發射(she)(she)率 Tt—熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度 , K Tw—爐壁(bi)(bi)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度 , K 在(zai)單(dan)(dan)(dan)位時(shi)間(jian)內(nei),熱(re)(re)(re)電 偶(ou)(ou)(ou)同周圍的(de)(de)(de)氣(qi)(qi)體(溫(wen)(wen)度為(wei)T),通過(guo)對流(liu)及熱(re)(re)(re)傳導也(ye)將(jiang)發生(sheng)熱(re)(re)(re)量交換(huan)的(de)(de)(de)能(neng)量為(wei)P′ P′=αA(T-Tt) (2—4) 式(shi)(shi)中 α—熱(re)(re)(re)導率 A— 熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)的(de)(de)(de)表面(mian)積(ji) 在(zai)正常狀態下(xia),P= P′,其誤(wu)差為(wei): Tt- T=σε(Tt4-Tw4)/αА (2—5) 對于(yu)單(dan)(dan)(dan)位面(mian)積(ji)而(er)(er)言(yan)其誤(wu)差為(wei) Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α (2—6) 因此,為(wei)了減少熱(re)(re)(re)輻射(she)(she)誤(wu)差,應增大(da)熱(re)(re)(re)傳導,并使爐壁(bi)(bi)溫(wen)(wen)度Tw ,盡可能(neng)接近熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)的(de)(de)(de)溫(wen)(wen) 度Tt。另外(wai),在(zai)安(an)裝時(shi)還(huan)應注意: ①熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)安(an)裝位置,應盡可能(neng)避開從固(gu)體發出的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)輻射(she)(she),使其不能(neng)輻射(she)(she)到熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)表面(mian); ②熱(re)(re)(re)電偶(ou)(ou)(ou)很好帶有熱(re)(re)(re)輻射(she)(she)遮(zhe)蔽套。

       四、熱阻抗增加的影響(xiang) 

       在(zai)(zai)高溫(wen)下(xia)使(shi)用(yong)(yong)的(de)熱(re)電(dian)偶,如(ru)果被測(ce)(ce)介質為氣態(tai),那么(me)保護管(guan)表(biao)面沉積的(de)灰塵等將(jiang)燒熔在(zai)(zai)表(biao)面上,使(shi)保護管(guan)的(de)熱(re)阻抗增(zeng)大;如(ru)果被測(ce)(ce)介質是熔體,在(zai)(zai)使(shi)用(yong)(yong)過(guo)程中(zhong)將(jiang)有爐(lu)渣 沉積,不僅(jin)增(zeng)加了(le)(le)熱(re)電(dian)偶的(de)響應時間,而(er)且還(huan)使(shi)指示(shi)溫(wen)度偏低(di)。因(yin)此,除了(le)(le)定(ding)(ding)期檢定(ding)(ding)外,為了(le)(le)減少誤差(cha),經(jing)常抽檢也是必要的(de)。例如(ru),進(jin)口銅(tong)熔煉(lian)爐(lu),不僅(jin)安裝有連續(xu)(xu)測(ce)(ce)溫(wen)熱(re)電(dian)偶,還(huan)配備消 耗型熱(re)電(dian)偶測(ce)(ce)溫(wen)裝置(zhi),用(yong)(yong)于及時校準(zhun)連續(xu)(xu)測(ce)(ce)溫(wen)用(yong)(yong)熱(re)電(dian)偶的(de)準(zhun)確度。