熱電偶檢定過程監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)失穩(wěn)原因分析

【摘 要】熱電偶是工業(yè)上最常用的測溫元件之一，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。在使用一段時(shí)間后，需進(jìn)行檢定，得出修正值。熱電偶的檢定過程操作復(fù)雜繁瑣，檢定時(shí)間長，操作不當(dāng)，過程不好逆轉(zhuǎn)。其檢定結(jié)果不確定度來源很多，監(jiān)測儀表的波動是來源之一。本文僅從監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定這一方面分析可能的原因。檢定結(jié)果的數(shù)據(jù)是判斷熱電偶合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，但監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)波動，檢定結(jié)果重復(fù)性大是困擾檢定人員的難題，本文從環(huán)境、設(shè)備、操作等方面及結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析熱電偶在檢定過程中的數(shù)據(jù)失穩(wěn)的原因，為檢定人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】熱電偶 檢定 數(shù)據(jù)失穩(wěn)

熱電偶是工業(yè)上最常用的測溫元件之一。其以測量精度高，測量范圍廣，構(gòu)造簡單，使用方便的優(yōu)點(diǎn)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)中。在測溫過程中，因受到測量環(huán)境，測量的方法，絕緣材料保護(hù)套管受玷污的影響，尤其是高溫腐蝕的環(huán)境中，其熱電性能會發(fā)生相應(yīng)的變化，測量結(jié)果會有誤差，因而熱電偶在使用一段時(shí)間后，需進(jìn)行檢定，得出修正值，以便對實(shí)際測量值進(jìn)行修正，減少測量誤差，因此檢定的結(jié)果很重要。熱電偶檢定結(jié)果誤差來源很多，主要是人員、設(shè)備、環(huán)境等因素的影響。從過去的手動檢定到現(xiàn)在的自動檢定，各方面因素所造成的誤差來源逐步減少。排除了各種誤差來源之后，檢定數(shù)據(jù)是判斷熱電偶合格與否的標(biāo)準(zhǔn)，熱電偶的檢定規(guī)程要求在恒溫的情況下往返讀數(shù)四次，取其平均值作為測量結(jié)果。在檢定過程中經(jīng)常會遇到儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定無法讀數(shù)的情況，即便自動采集數(shù)據(jù)，如果四次讀數(shù)差別較大，則測量結(jié)果重復(fù)性大，測量結(jié)果的不確定度必然大，致使檢定人員對檢定結(jié)果缺乏信心。造成儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定因素很多，分析如下：

1 偶絲質(zhì)量的原因

熱電偶的測量原理就是兩種不同材料的導(dǎo)體組成閉合回路，當(dāng)兩端有溫度差時(shí)，就有熱電勢存在。如果制作熱電偶的材料本生熱電極不均勻，對其熱電性能就有很大的影響。這個(gè)對于檢定人員無法把握，我們所要注重的是檢查熱電偶測量端的焊接情況，規(guī)程要求熱電偶表面應(yīng)平滑、光潔、線性均勻，組成熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固，焊接端圓滑無氣孔、無砂眼、無夾渣，偶絲無氧化；使用過的熱電偶，熱電極晶粒變大，表面不光亮，發(fā)黑，需要經(jīng)過清洗處理，消除污染層，保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離；兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；忽視熱電偶本身存在的問題，檢定結(jié)果通常變差較大。

2 冷端溫度不均勻的影響

規(guī)程要求冷端應(yīng)置于冰點(diǎn)恒溫器中，當(dāng)沒有冰點(diǎn)恒溫器時(shí)，通常至于空氣中，這時(shí)冷端溫度與離檢定爐的位置有關(guān)，不能完全以空氣的溫度為準(zhǔn)，當(dāng)離檢定爐比較近時(shí)，冷端溫度較高，而且隨著檢定溫度越來越高，冷端溫度也將緩慢升高，冷端溫度的不穩(wěn)定也會造成終端測量結(jié)果的不穩(wěn)定，當(dāng)用這種方法檢定時(shí)，檢定室內(nèi)應(yīng)避免空氣流動，恒溫的時(shí)間要長，才能盡可能使冷端處于相對的穩(wěn)定之中。由于熱電偶是有兩種材料組成的，兩個(gè)冷端溫度其實(shí)也不是完全相同的，用數(shù)字溫度計(jì)來測一下，通常差一兩度，取中值進(jìn)行補(bǔ)償。因?yàn)檫@個(gè)原因，所以冷端最好放入恒溫槽中?？梢宰灾坪銣夭?，在保溫瓶中放入油水混合物，油比重小于水，浮在水上面，起到一個(gè)保溫的作用，成為一個(gè)簡易的恒溫槽，其效果應(yīng)該比放入空氣中好，計(jì)算檢定誤差時(shí)應(yīng)將冷端溫度即恒溫槽的溫度補(bǔ)償進(jìn)去。

3 檢定爐的原因

檢定爐使用時(shí)間過長，爐體出現(xiàn)裂縫，保溫性能差，造成數(shù)據(jù)波動，這種情況應(yīng)當(dāng)更換檢定爐。檢定爐應(yīng)無裂紋，爐膛內(nèi)應(yīng)該干凈無雜物。我有一次在檢定過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)始終不能穩(wěn)定，排除檢定中所有的干擾之后，仍然不能穩(wěn)定，不得其解，后來將熱電偶從爐子中取出時(shí)，熱電偶綁扎完好，我朝爐中看了一下發(fā)現(xiàn)爐中有許多石棉殘留物，，我分析石棉是起保溫作用的，粘在測量端上，對恒溫有影響。將爐內(nèi)的石棉清除干凈后，再檢定就正常了，

4 熱電偶綁扎不規(guī)范的影響

熱電偶應(yīng)成束懸空放入檢定爐中，且測量端在同一平面。規(guī)程中要求將熱電偶綁扎成束，是有道理的，一方面將被檢熱電偶與標(biāo)準(zhǔn)熱電偶置于同一溫場內(nèi)，減小檢定誤差，另一方面如將熱電偶散亂地放入爐內(nèi)，測量端挨著爐壁，因?yàn)闋t壁周圍有電爐絲纏繞，溫度應(yīng)比腔內(nèi)的溫度高，熱電偶受熱不均勻，穩(wěn)定性差，波動度大，造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)，測量結(jié)果誤差也就大。如用耐高溫的電爐絲綁扎，應(yīng)避免偶絲的正負(fù)極短路。經(jīng)常遇到檢定使用過的熱電偶，保護(hù)套管破損，當(dāng)將成束綁扎時(shí)，會將熱電偶的兩根偶絲碰到一起，造成測量數(shù)據(jù)不停波動，無法讀數(shù)。

5 標(biāo)準(zhǔn)偶與被檢熱電偶的測量端放置位置的影響

按照比較法測量的原理，標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與被檢置于同一平面內(nèi)，且置于檢定爐的均勻溫場內(nèi)。通常為了保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，檢定時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶放入一個(gè)一頭封閉的石英套管中，有時(shí)可能因?yàn)槭韬鑫磳?biāo)準(zhǔn)頂?shù)筋^，這樣標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與被檢熱電偶不在同一溫場內(nèi)，不但測量結(jié)果的誤差較大，而且因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)偶偏離了測量溫場，也會造成數(shù)據(jù)失穩(wěn)。

6 控溫偶的測量端位置的影響

控溫偶應(yīng)接近測量溫場中。控溫偶一般在檢定爐的另一端，因?yàn)榕既磺闆r也會發(fā)生位移，偏離測量溫場，但常常被忽視，當(dāng)需控制的溫場和檢定的溫場不在同一位置時(shí)，很難恒溫，儀表數(shù)據(jù)也不穩(wěn)定

熱電偶的檢定過程有別于其他計(jì)量器具的檢定，操作復(fù)雜繁瑣，檢定時(shí)間長，當(dāng)被檢偶上爐，溫度升上去之后，到了檢測點(diǎn)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測儀表數(shù)據(jù)波動很大，此前的操作不當(dāng)過程不好逆轉(zhuǎn)，因此通過觀察和規(guī)范操作，從以上幾個(gè)方面查找原因，可以避免或解決儀表數(shù)據(jù)不穩(wěn)定的問題，減小測量結(jié)果的不確定度。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JJG351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》.

[3] 劉常滿 編著.《溫度測量與儀表維修問答》.中國計(jì)量出版社.

作者簡介：吳萍（1970—），女，漢，安徽省銅陵市，現(xiàn)供職單位全稱：銅陵市計(jì)計(jì)量測試研究所，職稱：中級，研究方向：計(jì)量檢定測試技術(shù)。