提高廉金屬熱電偶溫度測量正確性方法

摘要:在檢定廉金屬熱電偶上下展和中間溫度點后，通過經(jīng)驗公式和數(shù)學算法求出在檢定點外的溫度點的修正值，理論計算值與實際檢定值比對從面得到廉金屬熱電偶在檢定點外的溫度點修正值的計算方法和經(jīng)驗公式。
0引言
　　溫度傳感器不論是在科學研究還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，,它的應用都是十分廣泛的。從目前的應用范圍來看，工業(yè).上使用較多的溫度傳感器主要有兩種類型，即熱電阻和熱電偶，在工業(yè)領(lǐng)域一般熱電阻應用較多的是三線制的Pt100,熱電偶應用較多就是工業(yè)I級或II級廉金屬熱電偶，而這其中尤以K型熱電偶據(jù)多。主要論述提高工業(yè)廉金屬測溫準確性的方法。
　　在工業(yè)廉金屬熱電偶送至相關(guān)計量部門后，如果客戶未要求檢定溫度點的時，計量部門會根據(jù)偶絲直徑和檢定規(guī)程要求來確定檢定溫度點，一般而言檢定400,600℃和800℃三個溫度點較多，當然如果客戶有要求就按照客戶要求來進行檢定。熱電偶在實際使用中，客戶經(jīng)常會用到溫度范圍內(nèi)其他未檢定的溫度點，多數(shù)用戶通常會采用內(nèi)插的方法來確定該溫度點的修正值，將主要針對目前工業(yè)上使用較多的K型廉金屬熱電偶，結(jié)合實際的校準試驗數(shù)據(jù)和使用經(jīng)驗，來確定其他溫度點的修正值，從而找到最佳的方法，確保其準確可靠。
1溫度傳感器的檢定
　　溫度傳感器在使用中需要定期送到相應的計量機構(gòu)進行檢定，檢定合格才能作為計量設備使用。
　　對于K型熱電偶溫度傳感器，根據(jù)JJC351-1996《工作用廉金屬熱電偶檢定規(guī)程》的要求，I級熱電偶的允許偏差為±1.5℃或±0.4%t,II級熱電偶的允許偏差為±2.5℃或±0.75%t。K型熱電偶檢定溫度點根據(jù)偶絲的直徑不同而有所不同，一般按照表1的要求來確定檢定溫度點。通過測出的實際電勢值與標準熱電偶的電勢值相比較,轉(zhuǎn)換成溫度的示值誤差即可判斷出該支熱電偶的等級。
 
2溫度傳感器的測溫特性
　　對于K型熱電偶來講，其電勢和溫度存在如下關(guān)系:
　　在-200~1372℃范圍之間
 
式中:E為電勢值，mV;t90為90溫標下的溫度值,C;c:為系數(shù)，不同溫度段對應的系數(shù)不同。
2.1溫度差值和溫度值構(gòu)成二次曲線方法
　　通常來講，一支K型熱電偶溫度傳感器的測溫方法主要是根據(jù)測出的電勢值去查分度表或者依據(jù)上述的計算公式求出其對應的溫度，如果不是采用冰瓶補償則需要將冷端溫度考慮進去。有時為了測試的準確性和可靠性，使用前需要對熱電偶使用到的溫度點進行測試前的校準，得到修正值，確保實際使用過程溫度示值的準確，相對而言這種做法的可靠性更為高些，但并不是所有部門都能做到測試前對使用溫度點的校準，因此這里提出了一種對K型熱電偶傳感器進行修正的方法(參考貴金屬熱電偶百度計算)，由于K型熱電偶具有較好的線性度，靈敏度較高，因此建立如下數(shù)學模型
 
　　式中:△E(t)為檢定溫度點的理論電勢值和實際電勢值之差，mV;E(|)為在檢定溫度點的實際電勢值，mV;
　　Ek[(1)為在檢定溫度點的理論電勢值，mV;t為檢定溫度點,℃;a,b,c為系數(shù)。.
　　若在t1,t2,t3三個溫度點下檢定某K型熱電偶，得到實際的電勢值為E(t1),E(t2)和E(t3)，于是可以達到與理論之對應的電勢值差△E(t1),△E(t2)和△E(t3)，由此建立如下的方程組
 
　　通過上述的系數(shù)a,b,c值，在實際的測試中就可以根據(jù)檢定的溫度點而給出其他溫度點的電勢修正值。
2.2內(nèi)插方法
　　內(nèi)插法主要用是根據(jù)檢定的兩個溫度點來確定內(nèi)插方程，然后根據(jù)方程代人需要計算的修正點得到該溫度點計算出的修正值。設檢定點溫度分別為T1,T2,T3,時，修正值分別為△T1,△T2,△T3。
假設欲求溫度T下的修正值△T,且T1,<T<T2,則按線性差值的方法有如下關(guān)系:
 
3測試數(shù)據(jù)比對驗證
　　為了驗證上述給出的測試方法的可靠性，選兩支K型工業(yè)熱電偶(1#，2#)進行標定，并采用兩種方法計算最后的結(jié)果。
　　對550，700,850,1000℃和1100℃五個點進行校準，其測試的溫度點與實際電勢值對應關(guān)系如表2。
3.1溫度差值和溫度值構(gòu)成二次曲線方法驗證
　　1#K型熱電偶，根據(jù)上述的550，850℃和1100℃三個點校準結(jié)果求出系數(shù)a,b,c,有三個點校準結(jié)果求出系數(shù)a,b,c,有
 
　　熱電偶現(xiàn)場測得兩個溫度點的電勢值分別為29.2221mV和41.4143mV,利用公式或分度表可以得到其分別對應的溫度為702.20℃和1003.54℃,將換.算后的溫度值代人電勢修正公式得到這兩個點的電勢誤差值，即
 
　　通過對修正后的電勢進行溫度換算，可以得到該電勢下的實際溫度值，即
T1=699.9977℃，T2=1000.17209℃
　　同樣，在測得電勢值分別為29.2081mV和41.4077mV時，按照上述方法可以得到2#傳感器的兩個計算溫度值，具體比較如表3。
 
　　通過上表的數(shù)據(jù)比較可以看出理論計算值與檢定值相差很小，尤其是低溫段，該方法可用。
3.2內(nèi)插方法驗證
　　1#K型熱電偶根據(jù)550℃和850℃兩個溫度點計算700℃的修正值，根據(jù)850℃和1100℃兩個溫度點的值計算1000的修正值，2#也以同樣的方法計算，具體的理論計算與實際校準比較如表4。
 
　　通過表4數(shù)據(jù)可以看出，在線性度較好的熱電偶傳感器選用內(nèi)插法也是一種很好的方法。
4小結(jié)
　　上述所提出的熱電偶的檢定點外的溫度點修正值的計算方法并不是一成不變的，由于受到傳感器的穩(wěn)定性影響，在使用一段時間后電勢值會發(fā)生漂移，即使標定過的溫度點也會發(fā)生波動，因此上述方法只適用于傳感器在標定后的短時間內(nèi)使用，對于一些廉金屬熱電偶可以通過上述方法計算其他溫度點的修正值，減少因檢定點較多而額外增加的檢定費用。