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热电偶检定过程正确的测量方法

发布来源:天津德芃科技集团有限公司  发布日期: 2022-10-18  访问量:283

热电偶检定规程要求将标准热电偶和被检热电偶的参考端引入0℃。贵金属热电偶(S、R、B分度号),被检热电偶丝柔软,接线方便;但对于检定工作中使用的廉金属热电偶,由于大多数热电偶直径较厚,很难直接引入参考端0℃,因此,热电偶的自由端通常用补偿导线引入冰点,然后用铜导线引出高精度数字多用表电压档进行测量。

如图1所示:

图1 正确的热电偶检测方法

1.补偿导线常见的错误连接

①如图2所示,认为有不需要冰点,如图2所示。

图2 热电偶检定过程中没有用冰点的错误测量方法

②认为较好连接补偿导线,不仅在热电偶到冰点之间连接补偿导线,而且在冰点0℃补偿导线也连接到高精度数字多功能表,如图3所示。

图3 热电偶检定时间为0℃补偿导线与数字过功能表之间的补偿

这两种接线形式产生的误差分析如下:

如果热电偶的类型是正确连接时(见图1)Y,补偿导线为YX,高精度数字多用表可以通过应用中间导体定律获得电压:

EZ=EY(T1,T3) EYX(T3,T0)=EY(T1,T0)----------公式1

热电偶工作端的温度恰到好处T1相对于0℃热电势,可直接将读数与分度表进行比较,得出结果是否符合要求。

应用中间导体定律,高精度数字多用表接受的电压为:

EZ=EY(T1,T3) EYX(T3,T2)=EY(T1,T2)---------公式2

与(1)相比,电测仪器输入端的环境温度正好相差T2相对于0℃时的电势:

EY(T1,T0)-EY(T1,T2)=EY(T2,T0)----------------公式3

如果根据图2,验证结果低于实际热电偶的电势值,则热电偶的环境温度相对于0℃的电势。

应用中间导体定律,高精度数字多用表接受的电压为:

EZ=EY(T1,T3) EYX(T3,T0)-EYX(T0,T2)=EY(T1,T0)-EYX(T0,T2)-------公式4

从工作时间的结果来看,虽然增加了冰点,但从冰点到高精度数字多用表连接补偿线进行反向补偿。较终结果与图2相同。测量值低于实际热电偶的电势值,差值仍为热电偶的环境温度℃的电势。

2.建议用偶丝代替补偿导线

在热电偶验证中,补偿导线常用于廉金属热电偶的连接线,但热电偶补偿导线的精度一般不高。根据国家有关标准,精密级热电偶补偿导线的允差为S偶±2.5℃,对于K偶为±1.5℃,对于热电偶检定,引入误差过大,有可能对不合格的热电偶进行检定。

热电偶补偿导线用于检定热电偶输出端的温度T3.对检定所要求的赔偿T0(0℃)(见图1所示)。根据实践,采用廉金属热电偶检定工作Ⅰ级Φ0.5mm偶丝连接,丝径柔软,接线方便,成本低。Ⅰ级热电偶作为补偿导线必须校准,引入修正值,否则将引入(0.4-1.5)℃误差;贵金属热电偶(尤其是200-700mmS和R类型热电偶的验证,由于偶丝短,不能直接放置在参考端恒温器中),可以达到一流标准热电偶的准确性水平Φ0.3mm同极性热电偶丝(允差±1℃)连接,将热电偶丝与被检热电偶的正极和正极相连,负极与负极相连,效果非常理想。检定贵金属热电偶用偶丝连接, 效果真的很理想,但成本不低,也可以使用相应的补偿导线,但必须校准,只有修正后才有实际意义。

从理论上讲,根据热电偶的均质导体定律,均质导体的热电位仅与两端连接器的温度有关,而与沿热电极的温度分布无关。因此,热电偶的两个电极直接连接到冰点,中间温度T不考虑(见图1)。

用补偿线连接热电偶两个连接端的温度必须一致T3.但在实际验证中,热电偶的自由端位于验证炉的末端,末端温度很高,辐射和对流传热对周围环境影响很大,被检热电偶的自由端温度难以一致。因此,在验证过程中,由于端头温度不一致而产生的误差,被带入热电偶的验证结果。即使热电偶自由端温度不一致,也不会影响验证结果。

3.铜线的选择和使用

将热电偶的自由端引入冰点,用铜线从冰点连接到高精度数字多用表的测量端。有些热电偶的验证程序是这样的,但有些没有这样的描述。例如,《工作用廉金属热电偶检定程序》明确要求热电偶参考端的引线应采用相同材料的铜线连接,接触良好;虽然《工作用贵金属热电偶检定程序》规定热电偶参考端需要与转换开关(转向开关)连接,但没有*引线的性质,因此也就出现了有部分人员画蛇添足而使用补偿导线的现象(产生的误差已在上述作了分析)。

热电偶参考端的导线要求相当严格。热电偶两极连接的导线必须用同一根铜线切成两段,分别连接到热电偶两极的参考端(铜线在20℃电阻率应小于0.01724μΩ·m)。由于不是同一根铜线,虽然电阻率满足要求,但它们之间也有差异,因此两根铜线组成的对子在温差下会在热电偶电路中产生额外的热电势。这种电势的大小与两根铜线的材质差异和铜线两端的温差有关,会给检测到的热电偶带来一定的误差。

此外,铜线与热电偶电极参考端的连接必须接触良好。事实证明,用鱼嘴夹一夹的做法仍然被许多检定人员采用,这将在检测电路中带入0.5-1.0℃误差,误差不是固定值,有时足以判断检定结果。

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