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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)點的(de)選擇 熱電偶的(de)安裝位置,即測(ce)溫(wen)(wen)點的(de)選擇是(shi)很重要(yao)的(de)。測(ce)溫(wen)(wen)點的(de)位置,對(dui)于生產工(gong)藝(yi)過程而言,一定要(yao)具(ju)有典(dian)型性、代表性,否則將失(shi)去測(ce)量(liang)與控(kong)制的(de)意義。

       (2)插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du) 熱(re)(re)電偶(ou)插(cha)入(ru)(ru)被(bei)(bei)測(ce)場所時,沿著傳感器的(de)(de)長度(du)(du)(du)(du)方向(xiang)將產(chan)(chan)生熱(re)(re)流(liu)。當(dang)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)低時就會有(you)熱(re)(re)損失。致使熱(re)(re)電偶(ou)與被(bei)(bei)測(ce)對(dui)象的(de)(de)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)不(bu)(bu)一(yi)(yi)致而產(chan)(chan)生測(ce)溫(wen)誤(wu)(wu)差(cha)。總之,由熱(re)(re)傳導而引起的(de)(de) 誤(wu)(wu)差(cha),與插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du)有(you)關(guan)(guan)。而插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du)又與保護管(guan)材(cai)質有(you)關(guan)(guan)。金屬保護管(guan)因其(qi)(qi)導熱(re)(re)性能好,其(qi)(qi)插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du)應(ying)該深一(yi)(yi)些(xie)(約為直(zhi)徑的(de)(de)15—20倍(bei)),陶(tao)瓷材(cai)料絕熱(re)(re)性能好,可(ke)插(cha)入(ru)(ru)淺一(yi)(yi)些(xie)(約為直(zhi)徑的(de)(de) 10-15倍(bei))。對(dui)于工程(cheng)測(ce)溫(wen),其(qi)(qi)插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du)還(huan)與測(ce)量對(dui)象是靜(jing)止或流(liu)動(dong)等(deng)狀(zhuang)態有(you)關(guan)(guan),如流(liu)動(dong)的(de)(de)液體(ti)或高速氣流(liu)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)測(ce)量,將不(bu)(bu)受上述限制,插(cha)入(ru)(ru)深度(du)(du)(du)(du)可(ke)以淺一(yi)(yi)些(xie),具體(ti)數值應(ying)由實驗確(que)定。 

       二(er)、響應時間的影響 

       接觸法測(ce)(ce)溫(wen)(wen)的(de)基本原理是(shi)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)元件要與被(bei)測(ce)(ce)對(dui)象(xiang)達(da)(da)到熱(re)平(ping)衡(heng)。因(yin)此(ci),在(zai)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)需要保(bao)持(chi)(chi)一(yi)定時(shi)(shi)間,才能使兩者達(da)(da)到熱(re)平(ping)衡(heng)。而(er)(er)保(bao)持(chi)(chi)時(shi)(shi)間的(de)長(chang)短(duan),同測(ce)(ce)溫(wen)(wen)元件的(de)熱(re)響(xiang)(xiang)應時(shi)(shi)間 有關。而(er)(er)熱(re)響(xiang)(xiang)應時(shi)(shi)間主要取決于傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)的(de)結構及(ji)測(ce)(ce)量(liang)條件,差(cha)別極大。對(dui)于氣(qi)體(ti)介質,尤其是(shi)靜止(zhi)氣(qi)體(ti),至少應保(bao)持(chi)(chi)30min以(yi)(yi)上(shang)(shang)才能達(da)(da)到平(ping)衡(heng);對(dui)于液體(ti)而(er)(er)言,很快(kuai)也(ye)(ye)(ye)要在(zai)5min以(yi)(yi)上(shang)(shang)。 對(dui)于溫(wen)(wen) 度不(bu)(bu)斷變化(hua)(hua)的(de)被(bei)測(ce)(ce)場所,尤其是(shi)瞬間變化(hua)(hua)過程(cheng),全過程(cheng)僅1秒(miao)鐘(zhong),則要求(qiu)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)的(de)響(xiang)(xiang)應時(shi)(shi)間在(zai)毫秒(miao)級。因(yin)此(ci),普通(tong)的(de)溫(wen)(wen)度傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)不(bu)(bu)僅跟(gen)不(bu)(bu)上(shang)(shang)被(bei)測(ce)(ce)對(dui)象(xiang)的(de)溫(wen)(wen)度變化(hua)(hua)速度出現(xian)滯后,而(er)(er)且也(ye)(ye)(ye)會(hui)因(yin)達(da)(da)不(bu)(bu) 到熱(re)平(ping)衡(heng)而(er)(er)產(chan)生測(ce)(ce)量(liang)誤差(cha)。很好選擇響(xiang)(xiang)應快(kuai)的(de)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)(qi)。對(dui)熱(re)電偶而(er)(er)言除保(bao)護(hu)管影響(xiang)(xiang)外,熱(re)電偶的(de)測(ce)(ce)量(liang)端(duan)直(zhi)徑也(ye)(ye)(ye)是(shi)其主要因(yin)素,即偶絲越(yue)細,測(ce)(ce)量(liang)端(duan)直(zhi)徑越(yue)小,其熱(re)響(xiang)(xiang)應時(shi)(shi)間越(yue)短(duan)。

       測溫(wen)元件(jian)(jian)(jian)熱 響(xiang)(xiang)應(ying)誤(wu)(wu)差可(ke)通過(guo)下(xia)式確定 【1】。 Δθ=Δθ0exp(-t/τ) (2—1) 式中 t—測量時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian) S, Δθ—在 t 時(shi)(shi)(shi)(shi)刻,測溫(wen)元件(jian)(jian)(jian)引(yin)起的(de)誤(wu)(wu)差,K或℃ Δθ0—“t=0” 時(shi)(shi)(shi)(shi)刻,測溫(wen)元件(jian)(jian)(jian)引(yin)起的(de)誤(wu)(wu)差 ,K或℃ τ—時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)常數(shu) S e —自然(ran)對(dui)數(shu)的(de)底(2.718) 因此(ci),當(dang)t=τ時(shi)(shi)(shi)(shi),則Δθ=Δθ0/e 即為0.368, 如(ru)果當(dang)t=2τ時(shi)(shi)(shi)(shi),則Δθ=Δθ0/e2 即為0.135。 當(dang)被測對(dui)象的(de)溫(wen)度,以一定的(de)速(su)度α (k/s或℃/s)上升(sheng)或下(xia)降時(shi)(shi)(shi)(shi),經過(guo)足(zu)夠的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)后,所產生的(de)響(xiang)(xiang)應(ying)誤(wu)(wu)差可(ke)用(yong)下(xia)式表示: Δθ∞=-ατ (2—2) 式中 Δθ∞—經過(guo)足(zu)夠時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)后,測溫(wen)元件(jian)(jian)(jian)引(yin)起的(de)誤(wu)(wu)差。 由式(2—2)可(ke)以看出, 響(xiang)(xiang)應(ying)誤(wu)(wu)差與時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)常數(shu)(τ)成(cheng)正(zheng)比。為了提高檢(jian)定效率許多企業(ye)采用(yong)自動檢(jian)定裝(zhuang)置,對(dui)入(ru)廠(chang)熱電偶(ou)進(jin)行檢(jian)定,但是,該裝(zhuang)置也并非十(shi)分(fen)完(wan)善。二汽變速(su)箱廠(chang)熱處理車間(jian)就發現如(ru)果在400℃點(dian)的(de) 恒(heng)溫(wen)時(shi)(shi)(shi)(shi)間(jian)不(bu)夠,達不(bu)到(dao)熱平(ping)衡,就容易發生誤(wu)(wu)判。

       三、熱輻(fu)射的影響 

       插入爐(lu)內用于測溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou),將(jiang)被高溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)物(wu)體發出(chu)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)(she)加熱(re)(re)(re)(re)。假定爐(lu)內氣體是透明(ming)的(de)(de),而且,熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)與爐(lu)壁的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)差較大(da)(da)時(shi),將(jiang)因能(neng)(neng)量交換(huan)而產生(sheng)測溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)誤差。 在(zai)單(dan)位時(shi)間 內,兩者交換(huan)的(de)(de)輻(fu)射(she)(she)(she)能(neng)(neng)為(wei)P,可(ke)(ke)用下(xia)式表示: P=σε(Tw4 - Tt4 ) (2—3) 式中(zhong)(zhong) σ—斯忒藩—波爾茲常(chang)數 ε—發射(she)(she)(she)率 Tt—熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du) , K Tw—爐(lu)壁的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du) , K 在(zai)單(dan)位時(shi)間內,熱(re)(re)(re)(re)電(dian) 偶(ou)(ou)同周圍的(de)(de)氣體(溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)T),通過(guo)對流及熱(re)(re)(re)(re)傳導(dao)也將(jiang)發生(sheng)熱(re)(re)(re)(re)量交換(huan)的(de)(de)能(neng)(neng)量為(wei)P′ P′=αA(T-Tt) (2—4) 式中(zhong)(zhong) α—熱(re)(re)(re)(re)導(dao)率 A— 熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)的(de)(de)表面積 在(zai)正常(chang)狀態下(xia),P= P′,其(qi)誤差為(wei): Tt- T=σε(Tt4-Tw4)/αА (2—5) 對于單(dan)位面積而言(yan)其(qi)誤差為(wei) Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α (2—6) 因此,為(wei)了減少熱(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)(she)誤差,應增(zeng)大(da)(da)熱(re)(re)(re)(re)傳導(dao),并使(shi)爐(lu)壁溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)(du)Tw ,盡可(ke)(ke)能(neng)(neng)接近熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)(wen)(wen)(wen) 度(du)(du)Tt。另外,在(zai)安裝時(shi)還應注意(yi): ①熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)安裝位置,應盡可(ke)(ke)能(neng)(neng)避(bi)開從固體發出(chu)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)(she),使(shi)其(qi)不能(neng)(neng)輻(fu)射(she)(she)(she)到熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)表面; ②熱(re)(re)(re)(re)電(dian)偶(ou)(ou)很好帶(dai)有熱(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)(she)遮(zhe)蔽(bi)套。

       四、熱阻(zu)抗增加(jia)的(de)影(ying)響 

       在(zai)(zai)高溫(wen)(wen)下使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)電(dian)偶(ou),如果被(bei)(bei)測(ce)(ce)介(jie)質為氣態(tai),那(nei)么保護管表(biao)面沉積的(de)(de)(de)灰(hui)塵(chen)等將燒熔在(zai)(zai)表(biao)面上,使(shi)保護管的(de)(de)(de)熱(re)(re)阻抗增(zeng)大(da);如果被(bei)(bei)測(ce)(ce)介(jie)質是(shi)熔體,在(zai)(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)將有爐(lu)(lu)渣 沉積,不僅增(zeng)加(jia)了(le)熱(re)(re)電(dian)偶(ou)的(de)(de)(de)響(xiang)應時間,而(er)且還使(shi)指示溫(wen)(wen)度偏低(di)。因此,除了(le)定期檢(jian)定外,為了(le)減少誤(wu)差,經常抽檢(jian)也是(shi)必要(yao)的(de)(de)(de)。例(li)如,進口(kou)銅熔煉爐(lu)(lu),不僅安(an)裝有連(lian)續測(ce)(ce)溫(wen)(wen)熱(re)(re)電(dian)偶(ou),還配備消 耗型熱(re)(re)電(dian)偶(ou)測(ce)(ce)溫(wen)(wen)裝置,用(yong)于及時校準連(lian)續測(ce)(ce)溫(wen)(wen)用(yong)熱(re)(re)電(dian)偶(ou)的(de)(de)(de)準確度。