热电偶温度偏差和跳变的原因及解决方案

　　热电偶是温度测量中常用的温度测量元件，直接影响测量环境的温度，可以将温度控制信号转换成热电动势信号，然后通过温度测量仪器转换成被测物体的温度。

　　与其他温度测量元件相比，热电偶具有较高的测量精度，较宽的测量范围，快速的响应速度，对温度变化的灵活响应以及高达毫秒的响应时间。但是，在温度测量过程中，仍然会受到许多因素的影响，例如: 测量环境温度场、电磁干扰、安装位置和深度、绝缘材料和保护管材料的选择可能会影响最终的测量效果。本文简要分析了热电偶在实际工作温度测量过程中的温度偏差和跳跃问题，并提出了相应的解决方案，为热电偶在实际工作测量中的应用提供参考。

　　一、测温原理

　　热电偶根据热电效应测量温度，是不同成分的导体或半导体的两端形成一个电路。当两端都有温度梯度时，电路中的电流就会顺利流动。此时，两端之间存在电动势-热电势。在实际温度测量过程中，一端断开，另一端焊接在一起。

　　二、原因

　　热电偶测量过程可能受多种因素的影响，或以下因素：

　　① 由于热电偶已在实验室中校准，实验室中的平衡时间不足以避免因值变化、校准人员的技术水平和验证系统维护不足造成的偏差。这就是原因。

　　② 选择测量点

　　热电偶的位置和深度，即测量点的选择非常重要。温度测量点的位置应尽可能靠近要测量的温度点。温度测量点应避免强电磁场干扰源，或加热设备不应太靠近。如不可避免，必须采取相应措施。

　　③测量过程中是否受到滋扰

　　测量过程中遇到的烦人问题主要是由于热电偶的内外环境。由于内部原因，不良的热电偶绝缘会严重影响热电偶的准确测量。为了制造显示设备，即使绝缘不能正常工作，也会因绝缘性能下降而导致各种偏差。例如，热电极绝缘瓷管的绝缘电阻较低，绕过热电流，导致测量偏差。保护管和端子的污染会导致绝缘不良和接触不良，从而影响热电偶的响应时间，并可能导致热电偶干扰和温度漂移。外部原因很容易受到变压器、大功率电机、变频器等的影响。

　　④热惰性引入的偏差

　　这种环境相对复杂，与场景中的许多因素有关 因此，在选择产品时，必须仔细考虑所有因素。因此，请使用保护管直径较小的热电偶。如果允许，请拆下保护管。由于测量延迟，热电偶测量的温度波动将小于实际温度波动。之后测量值越大，热电偶波动范围越小，实际温差越大。当使用热响应时间较长的热电偶测量或控制温度时，设备的温度几乎不受波动的影响，但实际环境温度波动可能很大。为了准确测量温度，应选择热响应时间较小的热电偶。在使用过程中，通常应采用导热性好、管壁薄、内径小的保护层。如果需要快速准确的温度测量，可以使用裸线热电偶，但裸线热电偶容易被污染和损坏，必须实时校准或更换。现场操作人员有责任了解现场的所有关键点，了解测量要求，选择合适的设备。

　　⑤污染和腐蚀热电极

　　热电偶线细，软，易变形。若热电偶塑性变形( 例如，弯曲或扭曲不正确) 引起热电偶丝的变形应力，则热电偶的热电技术特性会发生变形，热电偶也会发生变形。评估研究结果可能会产生影响。因此，测量前必然要把热电偶丝拉直。当热电偶丝被污染，乃至被氧化时，会使热电极偶丝表面不光亮、发黑发暗。目前，用于热电极的热电材料的性能还不是很安全和稳定，并且测量系统的数据还相对不准确。因此，有必要清洁被污染的电极并去除这些被污染的物体。热电偶丝表面污染的程度越大，热电特性改变就越大，由此偏差就越大。

　　⑥引入不当补偿的偏差

　　从热电偶温度测量原理可以看出，只有当热电偶冷端温度稳定时，热电势才能对应测量的温度 1 ∶ 1。在实际使用中，热电偶放置在现场设备上，冷端暴露在空气中，受环境温度场的影响。同时，如果热电偶的冷端接近热端，冷端的温度将非常困难。非常稳定，会导致测量偏差。

　　⑦热电偶接线盒内部受到污染

　　接线盒的目的是方便补偿导线和热电偶线的连接，保护热电偶免受污染。虽然接线盒的工艺越来越先进，但仍不能保证灰尘和导电液的侵入，导致测量过程中温度跳变问题无法保证可靠性。

　　⑧响应时间的影响

　　热电偶电极和保护管越厚，热电偶壁越厚，热电偶越惰性，这将增加热电偶的稳定性，创造不同的材料，并有更高的导热性。不同之处在于，也会影响响应时间。因此，正常的验证过程需要根据热电偶的类型选择适当的加热速率和热平衡时间。

　　三、解决方案

　　①热电偶检、标定

　　为避免在检查过程中引入偏差，应严格遵守检查过程中的检查规则。检查员必须通过评估，并持有项目相关计量部门颁发的证书。为保证价值传输的准确性，必须将使用的标准设备发送给合法的计量检查员或认可的计量机构，以便及时验证。计量验证系统按计划进行维护。由于使用频繁，各通道开关的接触点容易弄脏，导致长期使用后接触不良，影响测量数据。因此，使用一段时间后，每个通道开关的接触点可以用无水酒精清洗。

　　②正确选择测温点

　　热电偶应尽可能接近要测量的温度点。在测量流体温度时，热电偶测量端应尽可能在液体中间，并与被测流体相对。为避免沿热电偶产生热量或防止环保管影响被测温度，热电偶应浸入被测流体技术中，深度发展至少为直径 10 两倍。在测量固体温度时，热电偶应与物体紧密接触。为了尽量减少偏差值，应确保周围温度场的稳定性。热电偶应尽量安装在无振动或振动小的地方，尽量不要安装在拐角处。

　　③选用合适的保护管材料和绝缘材料

　　除了快速测量外，还需要使用裸露的热电偶来提高响应速度，并在正常使用期间增加保护管。保护管材料的选择对热电偶的稳定性有很大的影响，因此有必要根据实际使用条件选择合适的保护管。绝缘材料的选择也是一个更重要的因素，因为这也是导致温度跳跃的关键因素之一。绝缘材料的选择需要耐高温、耐腐蚀、薄壁和耐磨性。

　　④正确选择补偿方法

　　为了减少或消除热电偶冷端温度变化引起的测量偏差，必须采取冷端补偿措施。补偿方法包括： 热电势修正法、补偿导线法、参考端温度补偿法、冷端温度补偿器。热电偶与冷端温度补偿器连接时，注意极性不的错误; 补偿器必须定期检查和验证。

　　在实际使用补偿导线时，应特别注意以下几个方面：1) 补偿导线选择相应型号的热电偶，不能混用。如果用普通导线代替补偿导线，就不会发挥补偿作用，反而会降低测温的准确性。2) 补偿导线与热电偶和测量仪器连接时，必须注意补偿导线的正负极与热电偶的正负极连接，否则测温偏差会增加。3) 在温区内，使用的补偿导线的热电势应与原热电偶一致，以确保测量的准确性。

　　⑤抗干扰措施

　　1) 选择带绝缘层和屏蔽层的热电偶，使用聚氯乙烯或聚四氟乙烯作为护套，将护套紧密包裹在绝缘层上。可绞起热电偶线，在测试设备电源或热电偶线上安装滤波器磁环，达到更好的抗干扰效果。2) 将热电偶的测量端或参考端接地，测量对象也需要一起接地，选择耐高温、对热电偶无害的金属线。3) 将热电偶悬挂在空气中，以避免热电偶与任何物体接触。能防止漏电或高温干扰。

　　四、结语

　　根据本文的分析，温度测量的准确性会受到许多外部因素的影响。因此，如果在实际测量中不考虑其他因素，不检查安装过程中是否有干扰、安装不当、仪器精度不足等，随机选择热电偶分度号会影响测量结果的准确性。目前，偶尔会有标准的热电偶只有综合考虑，在实际使用中根据当时的使用条件进行有效分析，选择合适的热电偶，才能得到准确的测量结果。同样的 随着越来越多的工作经验，测量值的准确性和可靠性应继续加强和研究业务。

　　简而言之，必须总结和分析测量过程中发生的每一个问题，并调查问题的根源，询问原因，以有效避免下一个热电偶的温度偏差和跳跃问题。在实际使用过程中，总结发现热电偶用铝箔包裹在被测物体上，用手捏平，然后加入一层保温棉，最后用两带收紧热电偶温度点，可以有效减少或消除热电偶温度偏差和跳跃问题。