熱電偶是一種zui簡單﹑zui普通的(dí)溫(wēn)度(dù)傳感器。可是如(rú)果在(zài)使(shǐ)用中(zhōng)不(bù)注意(yì)，也(yě)會引起(qǐ)較大(dà)測量(liáng)誤差。針對當(dāng)前(qián)存在(zài)的問(wèn)題(tí)，詳細(xì)探討影(yǐng)響(xiǎng)測(cè)量(liáng)誤(wù)差(chà)的主要(yào)因(yīn)素：熱電偶插入(rù)深度(dù)﹑響應(yīng)時間(jiān)﹑熱輻(fú)射(shè)及熱阻(zǔ)抗等，指出(chū)熱電(diàn)偶(ǒu)絲(sī)不均(jūn)質﹑鎧裝(zhuāng)熱(rè)電偶分流誤(wù)差﹑K型(xíng)熱(rè)電偶(ǒu)的(dí)選擇(zé)性氧化(huà)﹑K狀態(tài)﹑使(shǐ)用氣氛(fēn)﹑絕(jué)緣(yuán)電(diàn)阻(zǔ)及熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)劣(liè)化(huà)等(děng)在使用中(zhōng)應(yīng)注(zhù)意事項。對提高測(cè)量精(jīng)度，延(yán)長熱電偶(ǒu)壽命(mìng)，有一定(dìng)幫助。

關(guān)鍵(jiàn)詞：測量(liáng)誤差(chà)； 注意事(shì)項(xiàng)；分流(liú)誤(wù)差； K狀態； 熱電(diàn)偶劣化

1.前(qián)言

    在現有的(dí)測溫係(xì)統(tǒng)中(zhōng)，zui常用(yòng)的溫度(dù)傳感器(qì)—熱電(diàn)偶，因其結(jié)構簡(jiǎn)單(dān)，往往被(bèi)誤認(rèn)為“熱電偶(ǒu)兩(liǎng)根綫，接(jiē)上就完(wán)事”，其(qí)實(shí)並非如(rú)此。熱電偶(ǒu)的結構(gòu)雖(suī)然(rán)簡(jiǎn)單，但(dàn)在(zài)使用(yòng)中仍(réng)然會(huì)出現各種(zhǒng)問題(tí)。例如：安裝或使(shǐ)用(yòng)方法不當，將會引(yǐn)起較(jiào)大的測(cè)量(liáng)誤(wù)差，甚(shèn)至(zhì)檢定合格(gé)的熱電偶也(yě)會(huì)因(yīn)操作(zuò)不(bù)當，在使(shǐ)用(yòng)時不合格，在滲(shèn)碳(tàn)等(děng)還(huán)原性氣氛中，如果不注意(yì)，K型(xíng)熱(rè)電(diàn)偶也會(huì)因(yīn)選(xuǎn)擇性氧化而超差(chà)。

    為了提(tí)高測量精(jīng)度，減少測量(liáng)誤(wù)差，延(yán)長熱電偶(ǒu)使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)，要(yào)求使用者不僅應(yīng)具備(bèi)儀表方(fāng)麵(miàn)的(dí)操作技能，而且還應具(jù)有物理(lǐ)，化學及材料等多(duō)方(fāng)麵知(zhī)識(shí)。作(zuò)者(zhě)根據多(duō)年(nián)實踐，並(bìng)參(cān)閱(yuè)有(yǒu)關(guān)資(zī)料較(jiào)詳細地(dì)介紹(shào)熱(rè)電偶(ǒu)的測量(liáng)誤差(chà)及(jí)其(qí)注(zhù)意事(shì)項。

2．測(cè)量誤差的(dí)主要(yào)影響因素

2．1插入深度(dù)的影響(xiǎng)

（1）測(cè)溫(wēn)點的選(xuǎn)擇

    熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的安(ān)裝(zhuāng)位置(zhì)，即測(cè)溫點(diǎn)的選(xuǎn)擇(zé)是zui重(zhòng)要的。測(cè)溫點的(dí)位(wèi)置，對於(yú)生產工藝過程而言，一(yī)定(dìng)要具有(yǒu)典(diǎn)型性，代(dài)表(biǎo)性，否(fǒu)則將失(shī)去測量(liáng)與控製(zhì)的意義。

（2）插入(rù)深(shēn)度

    熱(rè)電偶(ǒu)插入被測(cè)場所時，沿(yán)著傳感器(qì)的長度方向將產(chǎn)生熱(rè)流。當(dāng)環境(jìng)溫(wēn)度(dù)低(dī)時(shí)就(jiù)會有熱(rè)損失。致(zhì)使(shǐ)熱(rè)電偶(ǒu)與被(bèi)測對(duì)象(xiàng)的溫度不(bù)一致而(ér)產(chǎn)生測溫(wēn)誤差。總(zǒng)之，由(yóu)熱(rè)傳(chuán)導而引(yǐn)起(qǐ)的誤差，與(yǔ)插入深度有關。而(ér)插入(rù)深度(dù)又與保護管(guǎn)材質(zhì)有關。金屬(shǔ)保護(hù)管(guǎn)因其(qí)導(dǎo)熱性(xìng)能好，其插入深(shēn)度應該(gāi)深(shēn)一些（約為(wéi)直徑的(dí)15—20倍），陶(táo)瓷材料(liào)絕熱性(xìng)能(néng)好(hǎo)，可(kě)插入淺一(yī)些(xiē)（約為直(zhí)徑的(dí)10-15倍）。對於(yú)工程測溫，其(qí)插(chā)入深度還(huán)與測(cè)量對象是靜止或流(liú)動(dòng)等狀(zhuàng)態有關，如流動的(dí)液(yè)體或(huò)高(gāo)速氣流(liú)溫度的(dí)測(cè)量，將不(bù)受(shòu)上(shàng)述(shù)限製，插(chā)入深(shēn)度可(kě)以淺一些(xiē)，具體(tǐ)數值(zhí)應由實(shí)驗(yàn)確定。

2．2響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間(jiān)的影(yǐng)響(xiǎng)

    接(jiē)觸法(fǎ)測(cè)溫的(dí)基本(běn)原理是測(cè)溫(wēn)元(yuán)件(jiàn)要與被測對象(xiàng)達到熱平(píng)衡。因此(cǐ)，在測(cè)溫時需要(yào)保持一定時(shí)間(jiān)，才能使兩者達(dá)到熱平(píng)衡。而(ér)保(bǎo)持(chí)時間的(dí)長(cháng)短(duǎn)，同測溫元(yuán)件的熱響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間有關(guān)。而熱(rè)響應時間(jiān)主要取決(jué)於(yú)傳(chuán)感器(qì)的結(jié)構及(jí)測量條(tiáo)件(jiàn)，差別極大。對於(yú)氣(qì)體介質，尤(yóu)其是(shì)靜止氣體(tǐ)，至少(shǎo)應保(bǎo)持(chí)30min以上(shàng)才能達(dá)到平(píng)衡(héng)；對(duì)於(yú)液(yè)體而(ér)言(yán)，zui快(kuài)也要(yào)在5min以(yǐ)上(shàng)。

    對於溫度(dù)不(bù)斷(duàn)變化的被測場所(suǒ)，尤(yóu)其是(shì)瞬(shùn)間變化過程，全過程(chéng)僅1秒鐘(zhōng)，則要(yào)求傳感(gǎn)器的(dí)響(xiǎng)應時(shí)間在毫秒(miǎo)級。因此(cǐ)，普通的溫度(dù)傳感器(qì)不僅(jǐn)跟不上被測(cè)對(duì)象(xiàng)的溫度(dù)變化速(sù)度出(chū)現(xiàn)滯(zhì)後，而(ér)且(qiě)也會因(yīn)達(dá)不(bù)到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差(chà)。選擇響應(yīng)快的(dí)傳感(gǎn)器。對(duì)熱電偶而言(yán)除保護(hù)管影(yǐng)響外(wài)，熱(rè)電(diàn)偶的測量端直(zhí)徑(jìng)也是其(qí)主要(yào)因素，即(jí)偶(ǒu)絲越(yuè)細，測量(liáng)端直徑越(yuè)小，其熱響(xiǎng)應(yīng)時間越短(duǎn)。測溫元(yuán)件熱(rè)響應誤差可(kě)通過下式(shì)確(què)定(dìng) [1]。

Δθ=Δθ0exp（-t/τ）（2—1）

式中 t—測(cè)量時間S，

Δθ—在(zài) t時刻(kè)，測溫元件(jiàn)引起的誤差(chà)，K或℃

Δθ0—“t=0” 時(shí)刻(kè)，測溫(wēn)元(yuán)件(jiàn)引(yǐn)起的誤差(chà)，K或℃

τ—時間(jiān)常(cháng)數 S

e —自然對數(shù)的(dí)底（2.718）

因此，當(dāng)t=τ時，則Δθ=Δθ0/e即為(wéi)0.368，

如(rú)果當t=2τ時,則(zé)Δθ=Δθ0/e2即(jí)為0.135。

    當(dāng)被測(cè)對象的溫度,以(yǐ)一定(dìng)的(dí)速度(dù)α（k/s或℃/s）上(shàng)升(shēng)或(huò)下(xià)降時,經(jīng)過足(zú)夠的(dí)時(shí)間(jiān)後,所(suǒ)產生的響(xiǎng)應誤差(chà)可用下式表示(shì)：

Δθ∞=-ατ（2—2）

式中(zhōng)Δθ∞—經(jīng)過足(zú)夠時間後(hòu)，測(cè)溫(wēn)元件(jiàn)引(yǐn)起的誤差(chà)。

    由(yóu)式（2—2）可以看出，響(xiǎng)應誤差與(yǔ)時(shí)間常數(shù)（τ）成(chéng)正比。為了(liǎo)提(tí)高(gāo)檢(jiǎn)定(dìng)效率許多(duō)企(qǐ)業采用自(zì)動檢定(dìng)裝(zhuāng)置，對入廠(chǎng)熱(rè)電偶進(jìn)行檢定，但是(shì)，該(gāi)裝(zhuāng)置(zhì)也並非(fēi)十分*。二(èr)汽變速(sù)箱廠(chǎng)熱處(chǔ)理車(chē)間(jiān)就發現如果在(zài)400℃點(diǎn)的(dí)恒溫(wēn)時(shí)間(jiān)不(bù)夠，達不到(dào)熱平(píng)衡，就(jiù)容易發生誤判(pàn)。

2．3熱輻射的影響

    插入(rù)爐內用(yòng)於測(cè)溫(wēn)的(dí)熱(rè)電(diàn)偶，將(jiāng)被高溫物體(tǐ)發(fā)出的熱輻射(shè)加熱。假定爐內(nèi)氣體是(shì)透明的，而且，熱電(diàn)偶(ǒu)與(yǔ)爐(lú)壁(bì)的(dí)溫(wēn)差(chà)較大時(shí)，將因能量(liáng)交換(huàn)而產生測溫(wēn)誤差。

在單位(wèi)時(shí)間(jiān)內，兩(liǎng)者交換(huàn)的輻(fú)射能為P，可用(yòng)下(xià)式表(biǎo)示：

P=σε（Tw4 - Tt4 ）（2—3）

式(shì)中σ—斯(sī)忒藩—波(bō)爾茲常(cháng)數

ε—發射率(shuài)

Tt—熱(rè)電偶的溫(wēn)度 , K

Tw—爐(lú)壁(bì)的溫(wēn)度(dù) ,K

在單(dān)位時間(jiān)內,熱電(diàn)偶同周圍(wéi)的氣體（溫(wēn)度(dù)為T）,通(tōng)過對流(liú)及(jí)熱傳導也(yě)將(jiāng)發(fā)生熱(rè)量交(jiāo)換(huàn)的(dí)能(néng)量(liáng)為P′

P′=αA（T-Tt）（2—4）

式中 α—熱導(dǎo)率

A— 熱電偶的(dí)表(biǎo)麵積

在正常狀(zhuàng)態下(xià)，P= P′，其誤(wù)差為：

Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА（2—5）

對於單位麵積而言(yán)其(qí)誤(wù)差(chà)為(wéi)

Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α（2—6）

    因(yīn)此，為(wéi)了減(jiǎn)少(shǎo)熱輻(fú)射誤(wù)差，應(yīng)增(zēng)大熱(rè)傳導，並使(shǐ)爐壁溫度(dù)Tw ，盡可能(néng)接近熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的溫度Tt。另(lìng)外，在安(ān)裝(zhuāng)時還應注意：

• 熱(rè)電偶(ǒu)安裝位置，應(yīng)盡可(kě)能避(bì)開從(cóng)固體發出(chū)的熱輻射，使其(qí)不(bù)能(néng)輻(fú)射到熱電(diàn)偶表麵；
• 熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)帶(dài)有熱(rè)輻射(shè)遮蔽套。

2．4熱阻抗增(zēng)加(jiā)的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)

    在高(gāo)溫(wēn)下使(shǐ)用的熱電(diàn)偶，如(rú)果被測介(jiè)質(zhì)為(wéi)氣態，那麼保護管表麵沉積(jī)的(dí)灰(huī)塵等(děng)將燒熔(róng)在表(biǎo)麵上，使(shǐ)保(bǎo)護管的熱阻抗(kàng)增(zēng)大；如果被測(cè)介質(zhì)是熔體，在(zài)使用過(guò)程中將有爐渣(zhā)沉積，不(bù)僅增加了熱電偶(ǒu)的響(xiǎng)應時(shí)間，而(ér)且還(huán)使指(zhǐ)示(shì)溫(wēn)度偏低(dī)。因此，除了(liǎo)定(dìng)期檢定(dìng)外(wài)，為(wéi)了(liǎo)減(jiǎn)少誤差，經(jīng)常抽(chōu)檢也是(shì)必要(yào)的。例(lì)如(rú)，進口(kǒu)銅(tóng)熔(róng)煉爐(lú)，不(bù)僅安裝有連(lián)續(xù)測(cè)溫(wēn)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)，還(huán)配備消耗型熱電偶測溫(wēn)裝(zhuāng)置，用於及(jí)時(shí)校準(zhǔn)連續測溫用熱(rè)電(diàn)偶的準(zhǔn)確(què)度(dù)。

3.熱(rè)電偶(ǒu)劣化(huà)與(yǔ)使用(yòng)壽命(mìng)

3.1熱電偶的(dí)劣(liè)化

    熱電(diàn)偶(ǒu)的使用(yòng)壽命與其劣化有(yǒu)關(guān)，所謂熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的(dí)劣化(huà)，即(jí)熱(rè)電偶經使(shǐ)用(yòng)後(hòu)，出(chū)現老(lǎo)化變質的(dí)現象。由金(jīn)屬或合金構成的熱(rè)電(diàn)偶，在高溫下其內部晶粒要逐(zhú)漸長(cháng)大(dà)。同(tóng)時合(hé)金(jīn)中含有(yǒu)少(shǎo)量雜質，其位置或(huò)形(xíng)狀(zhuàng)也(yě)將發生變化(huà)，而且，對周圍環(huán)境(jìng)中(zhōng)的還(huán)原或氧化(huà)性(xìng)氣體(tǐ)也(yě)要(yào)發生(shēng)反應。伴隨(suí)上述(shù)變化，熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)的熱電(diàn)動勢(shì)也將極(jí)其敏感的(dí)發生變(biàn)化。因(yīn)此熱(rè)電偶的(dí)劣(liè)化現象(xiàng)是(shì)不可(kě)避免(miǎn)的。

3.2熱電(diàn)偶的(dí)使用壽(shòu)命

    熱電偶(ǒu)的劣(liè)化是(shì)一個量變過程(chéng)，對其定(dìng)量(liáng)很困(kùn)難，將隨熱(rè)電偶的(dí)種類﹑直徑﹑使用溫度(dù)﹑氣氛﹑時間(jiān)的不同而變(biàn)化。熱電偶(ǒu)的使用(yòng)壽(shòu)命(mìng)是指(zhǐ)熱電(diàn)偶劣化發(fā)展到(dào)超過允許誤差，甚(shèn)至(zhì)斷(duàn)綫(xiàn)不(bù)能使(shǐ)用(yòng)的時間。

（1）裝配式(shì)熱電偶的(dí)壽命

    我(wǒ)國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中僅對熱電偶(ǒu)的(dí)穩(wěn)定性有要(yào)求。即規定(dìng)在(zài)某(mǒu)一(yī)溫(wēn)度下經200h，使用前(qián)後熱電動勢的(dí)變(biàn)化(huà)。但(dàn)是，尚未發現對使(shǐ)用(yòng)壽(shòu)命有規(guī)定(dìng)。日(rì)本(běn)有(yǒu)關(guān)熱電(diàn)偶(ǒu)使用壽命(mìng)的(dí)要求，是(shì)依據(jù)日本(běn)JIS（C-1602-1995）標準(zhǔn)中規定(dìng)的(dí)熱電偶連續使(shǐ)用時間。對B﹑R﹑S型熱電偶(ǒu)而(ér)言(yán)為(wéi)2000h,K﹑E﹑J﹑T型(xíng)熱(rè)電偶為(wéi)10000h。

    在(zài)實際使用時，裝(zhuāng)配式熱(rè)電偶通常(cháng)有保(bǎo)護(hù)管(guǎn)，隻(zhī)有在(zài)特(tè)殊情況(kuàng)下(xià)才(cái)裸(luǒ)絲(sī)使(shǐ)用。因此，在(zài)多(duō)數場合(hé)下(xià)，保護管(guǎn)的壽命決定了熱電偶壽(shòu)命(mìng)。對熱電偶的實際(jì)使(shǐ)用(yòng)壽(shòu)命的判斷，必須(xū)是通(tōng)過長期(qī)收集﹑積累實(shí)際(jì)使(shǐ)用狀(zhuàng)態(tài)下(xià)的(dí)數據，才(cái)有(yǒu)可能給出較(jiào)準確(què)的結果[5]。

（2）鎧裝熱(rè)電偶的(dí)壽命

    由於鎧(kǎi)裝(zhuāng)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)有套(tào)管(guǎn)保護與外(wài)界環(huán)境(jìng)隔絕，因(yīn)此(cǐ)套管(guǎn)材(cái)質對鎧裝(zhuāng)熱(rè)電偶的(dí)壽命(mìng)影(yǐng)響很(hěn)大，必須根(gēn)據(jù)用(yòng)途選(xuǎn)擇熱電(diàn)偶(ǒu)絲及(jí)金(jīn)屬套管(guǎn)。當(dāng)材(cái)質(zhì)選(xuǎn)定後(hòu)，其(qí)壽(shòu)命又隨著(zhuó)鎧裝(zhuāng)熱電偶直(zhí)徑的增(zēng)大(dà)而增加。鎧裝(zhuāng)熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)同裝(zhuāng)配式熱電偶(ǒu)相(xiāng)比，雖(suī)有許(xǔ)多優點，但使用壽(shòu)命往往(wǎng)低於裝配(pèi)式(shì)熱電(diàn)偶。

4.  熱電偶(ǒu)測(cè)溫應注意的事(shì)項(xiàng)

4. 1熱(rè)電偶絲不均質(zhì)影(yǐng)響

（1）熱電偶(ǒu)材(cái)質(zhì)本身(shēn)不均質(zhì)

    熱(rè)電(diàn)偶在計(jì)量(liáng)室檢定(dìng)時(shí)，按規(guī)程(chéng)要求，插入(rù)檢(jiǎn)定(dìng)爐(lú)內的深度隻有300mm。因此每支熱(rè)電偶的檢定結果，確切(qiē)的說隻能體現或(huò)主要體(tǐ)現出(chū)從(cóng)測量端開始300mm長偶絲(sī)的(dí)熱(rè)電(diàn)行為，然(rán)而(ér)，當熱(rè)電偶(ǒu)的長(cháng)度較長(cháng)時(shí)，則(zé)大部分(fēn)偶(ǒu)絲處(chǔ)於高(gāo)溫(wēn)區，如果熱電偶絲(sī)是(shì)均質的(dí)，那(nà)麼(mó)依(yī)據均質(zhì)回路(lù)定則，測量(liáng)結果與長度無(wú)關(guān)。然而(ér)，熱電偶絲(sī)並非(fēi)均(jūn)質(zhì)，尤(yóu)其(qí)是(shì)廉(lián)金屬熱電(diàn)偶絲(sī)其均質(zhì)性較(jiào)差(chà)，又(yòu)處(chǔ)於(yú)具有溫(wēn)度梯度的場(cháng)合，那麼其局部(bù)將(jiāng)產生熱(rè)電(diàn)動勢，該電動勢(shì)稱為(wéi)寄生(shēng)電(diàn)勢。由寄生電(diàn)勢引(yǐn)起的(dí)誤(wù)差稱為不(bù)均(jūn)質誤差。

    在現(xiàn)有的(dí)貴(guì)金(jīn)屬(shǔ)，廉(lián)金(jīn)屬(shǔ)熱電(diàn)偶檢(jiǎn)定規程(chéng)中，對(duì)熱(rè)電(diàn)偶的(dí)不(bù)均質尚(shàng)未作(zuò)出規定，隻(zhī)有(yǒu)在(zài)熱電(diàn)偶(ǒu)絲材(cái)標準中(zhōng)，對(duì)熱電(diàn)偶絲(sī)的不均匀(yún)性有(yǒu)一定要(yào)求。對廉金屬熱電(diàn)偶(ǒu)采用首(shǒu)尾(wěi)檢(jiǎn)定法求出(chū)不均匀(yún)熱(rè)電動勢。正規熱電(diàn)偶絲(sī)材生(shēng)產廠(chǎng)，均按國(guó)家標準(zhǔn)要(yào)求，生產出不均(jūn)匀(yún)熱電動勢符合要(yào)求(qiú)的(dí)產品。

（2）熱電偶(ǒu)絲經(jīng)使用(yòng)後(hòu)產生(shēng)的(dí)不均質

    對於(yú)新製的熱(rè)電(diàn)偶，即使是(shì)不(bù)均(jūn)匀熱(rè)電(diàn)動勢能滿足(zú)要求，但是，反復加工，彎(wān)曲致(zhì)使熱電偶產(chǎn)生加工(gōng)畸變(biàn)，也將(jiāng)失(shī)去(qù)均質(zhì)性，而且(qiě)使用中熱電(diàn)偶(ǒu)長期處於(yú)高溫(wēn)下(xià)也會因(yīn)偶絲的(dí)劣(liè)化(huà)而引起熱電動(dòng)勢(shì)變(biàn)化，例如(rú)：插(chā)入工(gōng)業爐(lú)中(zhōng)的熱電偶，將沿(yán)偶絲長度(dù)方向發(fā)生(shēng)劣化，並隨溫度增高(gāo)，劣(liè)化增(zēng)強(qiáng)，當劣化的(dí)部分處(chǔ)於具(jù)有(yǒu)溫(wēn)度梯度的場所，也將(jiāng)產生寄(jì)生電(diàn)動勢(shì)疊加(jiā)在(zài)總(zǒng)熱(rè)電動勢(shì)中而(ér)出(chū)現(xiàn)測(cè)量誤(wù)差。

    作(zuò)者在實(shí)踐中(zhōng)發現有的熱電(diàn)偶(ǒu)經計(jì)量部門檢定(dìng)合格(gé)的產品（多(duō)為廉金屬熱(rè)電偶(ǒu)）到(dào)現(xiàn)場使用(yòng)時卻不(bù)合格。再(zài)返(fǎn)回到(dào)計量部門(mén)檢定(dìng)仍然(rán)合格，其(qí)中主(zhǔ)要原(yuán)因就(jiù)是(shì)偶絲不均質(zhì)引起的。生產(chǎn)熱(rè)電偶(ǒu)的(dí)技術人員(yuán)都(dū)切身體會到，熱(rè)電(diàn)偶的(dí)不合(hé)格(gé)率也隨(suí)其長度的增(zēng)加而(ér)增加。皆是受(shòu)熱電(diàn)偶(ǒu)絲(sī)材不均質(zhì)的(dí)影響。總之，由不均質(zhì)即(jí)寄生(shēng)電(diàn)動勢引(yǐn)起(qǐ)的誤差，取決於熱電偶絲自(zì)身(shēn)的不(bù)均質程(chéng)度(dù)及溫(wēn)度梯(tī)度的大小(xiǎo)，對其(qí)定(dìng)量(liáng)極(jí)其困難(nán)。

4.2鎧裝熱電偶的分流(liú)誤(wù)差

（1）分流誤(wù)差(chà)

    瓦軸集(jí)團(tuán)滲碳爐用鎧(kǎi)裝(zhuāng)熱(rè)電偶，僅使(shǐ)用(yòng)一(yī)周就不準(zhǔn)了。為(wéi)探討(tǎo)原(yuán)因(yīn)，作者曾(zēng)到(dào)現場(cháng)考(kǎo)察，但未發現異(yì)常，隻(zhī)好(hǎo)從(cóng)爐子(zǐ)上取下(xià)來經(jīng)計量室檢定(dìng)結(jié)果合(hé)格。那麼問題何在呢(ní)
？zui後(hòu)，根(gēn)據該支(zhī)熱電偶的(dí)現(xiàn)場(cháng)安裝(zhuāng)特點，經研究發(fā)現，上(shàng)述(shù)問(wèn)題(tí)是鎧裝(zhuāng)熱電(diàn)偶(ǒu)的(dí)分流(liú)誤差(chà)造(zào)成的。

    所謂分(fēn)流誤差即用鎧裝熱電偶測(cè)量(liáng)爐溫時(shí)，當熱電(diàn)偶(ǒu)中間(jiān)部位(wèi)有(yǒu)超過800°C的溫(wēn)度(dù)分(fēn)布存在(zài)時(shí),因其絕緣(yuán)電(diàn)阻(zǔ)下降，熱電(diàn)偶示值出現異常的現象，稱(chēng)為分流(liú)誤(wù)差。依據(jù)均質回路定則，用(yòng)熱電偶(ǒu)測溫(wēn)隻與測(cè)量(liáng)端與參考端兩端溫度有(yǒu)關(guān)，與(yǔ)中(zhōng)間溫(wēn)度分(fēn)布(bù)無(wú)關。可(kě)是由於(yú)鎧(kǎi)裝(zhuāng)熱(rè)電偶(ǒu)的(dí)絕緣物是粉(fěn)末狀MgO，溫(wēn)度(dù)每(měi)升高(gāo)100°C，其絕(jué)緣電(diàn)阻下(xià)降一(yī)個(gè)數量級(jí)，當(dāng)中(zhōng)間部位溫(wēn)度(dù)較(jiào)高(gāo)時(shí)，必定(dìng)有漏電(diàn)流產(chǎn)生，致(zhì)使在熱(rè)電偶(ǒu)輸出電(diàn)勢中有分(fēn)流誤(wù)差(chà)出現(xiàn)。

表(biǎo)1鎧裝熱電(diàn)偶(ǒu)產(chǎn)生分流(liú)誤差(chà)的(dí)條件

（2）分流誤差(chà)產生(shēng)的條件

    將(jiāng)鎧裝熱電偶水(shuǐ)平(píng)插入爐內，其規(guī)格及(jí)實(shí)驗(yàn)條件為：直(zhí)徑(jìng)ф4.8mm,長度為25m,中(zhōng)間(jiān)部位加(jiā)熱(rè)帶(dài)的長度(dù)為20m，溫度(dù)為(wéi)1000℃。本次(cì)實(shí)驗(yàn)中，熱(rè)電(diàn)偶的測(cè)量(liáng)端與中間(jiān)部位(wèi)的溫差為(wéi)200℃。如果(guǒ)測(cè)量端溫(wēn)度(dù)高於中(zhōng)間(jiān)部(bù)位(wèi)，則產(chǎn)生負誤差；相反，則(zé)產(chǎn)生(shēng)正(zhèng)誤(wù)差。如果(guǒ)兩(liǎng)者的溫(wēn)差為200℃，那麼，分流誤(wù)差約(yuē)為100℃。這是不能忽(hū)視的(dí)，分流(liú)誤(wù)差的產生條件(jiàn)與鎧(kǎi)裝(zhuāng)熱(rè)電偶(ǒu)種(zhǒng)類(lèi)和(hé)直徑等(děng)因(yīn)素有(yǒu)關[2]，見表(biǎo)1。

4.3分(fēn)流(liú)誤差(chà)的(dí)影響因素及(jí)對(duì)策

    高溫下鎧裝熱(rè)電(diàn)偶產(chǎn)生(shēng)分(fēn)流誤(wù)差的現象，正(zhèng)在(zài)引起人(rén)們(mén)的(dí)重視(shì)，因此有必要了解分流誤差的(dí)影響因(yīn)素，並采取(qǔ)適(shì)當對(duì)策以減少或消除分流(liú)誤差(chà)的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)。

（1）鎧裝(zhuāng)熱電(diàn)偶直徑

    對於長(cháng)度為9米的(dí)K型鎧(kǎi)裝(zhuāng)熱(rè)電偶（MgO絕(jué)緣(yuán)），隻(zhī)將熱電(diàn)偶中(zhōng)間部位(wèi)加熱。實驗結果表明：分流(liú)誤差的大小(xiǎo)與(yǔ)其直徑的(dí)平方根成(chéng)反比（直徑(jìng)過(guò)細，不(bù)遵守此規律(lǜ)），即直(zhí)徑越細，分(fēn)流(liú)誤(wù)差(chà)越大。

    當(dāng)中(zhōng)間部位(wèi)溫(wēn)度(dù)高(gāo)於800℃時，對於(yú)ф3.2mm鎧裝(zhuāng)熱電偶將產生(shēng)分(fēn)流(liú)誤差。但對於(yú)ф6.4mm及ф8mm鎧裝熱(rè)電偶，當中間部位的溫度為900℃時(shí)，仍未(wèi)發現分流(liú)誤差(chà)。對於ф6.4mm（熱電極絲直徑(jìng)為ф1.4mm）與ф8mm（熱電極絲直徑為ф2.0mm）的鎧裝熱電(diàn)偶(ǒu)，當中間部(bù)位溫(wēn)度(dù)為1100℃時，直徑(jìng)為ф8mm的(dí)鎧(kǎi)裝熱電(diàn)偶(ǒu)產生(shēng)的分流誤差(chà)僅為(wéi)ф6.4mm的一(yī)半(bàn)。此(cǐ)數(shù)值(zhí)（50%）近視於(yú)兩種(zhǒng)鎧裝(zhuāng)熱電偶電極絲(sī)直(zhí)徑(jìng)的平(píng)方比（1.42/2.02） ,而電極絲直(zhí)徑平(píng)方比,即為(wéi)電(diàn)極絲(sī)的電(diàn)阻比。因(yīn)此(cǐ)，為(wéi)了減少分流(liú)誤差(chà)，應盡可能(néng)選用(yòng)粗直(zhí)徑(jìng)的鎧(kǎi)裝熱電偶(ǒu)。

（2）中(zhōng)間部位的溫度(dù)

    如果中間部位的溫度(dù)超過800℃，有(yǒu)可能產(chǎn)生分流誤差(chà)，其(qí)大(dà)小(xiǎo)將(jiāng)隨溫(wēn)度(dù)的(dí)升高(gāo)，呈(chéng)指數關係增(zēng)大(dà)。因此，除測(cè)量(liáng)端(duān)外(wài)，其它部(bù)位(wèi)應(yīng)盡可(kě)能(néng)避免(miǎn)超過(guò)800℃。

• 中(zhōng)間部位加熱(rè)帶長(cháng)度及位置

    當中(zhōng)間部(bù)位(wèi)加熱(rè)帶(dài)溫度高於(yú)800℃時(shí)，其加(jiā)熱帶(dài)的長(cháng)度越(yuè)長，距離(lí)測(cè)量端越(yuè)遠(yuǎn)，分流誤差越大(dà)。因此，應盡(jìn)可能縮短加(jiā)熱(rè)帶長度(dù)，並(bìng)且，不(bù)要在遠(yuǎn)離(lí)測(cè)量端處加熱(rè)，以減少(shǎo)分(fēn)流誤差。

（3）熱電(diàn)偶(ǒu)絲的電阻(zǔ)

    當鎧裝熱(rè)電(diàn)偶的(dí)直(zhí)徑相(xiāng)同(tóng)時(shí)，分流(liú)誤差將隨熱電(diàn)偶(ǒu)絲的電(diàn)阻增大(dà)而增(zēng)加(jiā)。因(yīn)此，采用(yòng)電(diàn)阻(zǔ)小的熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)絲更好。例如：直徑相(xiāng)同的(dí)S型鎧(kǎi)裝熱電(diàn)偶(ǒu)同(tóng)K型(xíng)熱電(diàn)偶(ǒu)相(xiāng)比，其分(fēn)流誤差(chà)減(jiǎn)少(shǎo)40%。因此，可(kě)采用S型(xíng)熱電(diàn)偶測(cè)量(liáng)爐內溫場(cháng)分(fēn)布，費(fèi)用雖高，但(dàn)較(jiào)準確(què)。

（4） 絕(jué)緣(yuán)電(diàn)阻

    高(gāo)溫(wēn)下氧(yǎng)化(huà)物的電(diàn)阻率將隨(suí)溫度的升高呈指數降低(dī),分(fēn)流(liú)誤(wù)差(chà)的大(dà)小主要取(qǔ)決於高溫部分(fēn)的絕(jué)緣性能(néng),絕緣電阻越低(dī),越容易產生分流(liú)誤差。當絕緣電(diàn)阻(zǔ)增加10倍或減(jiǎn)少至1/10時，其分流誤(wù)差也隨之(zhī)減(jiǎn)少至(zhì)1/10或增大10倍(bèi)。為了(liǎo)減少(shǎo)分(fēn)流誤(wù)差(chà)，應盡可(kě)能采用直徑(jìng)粗的(dí)鎧裝熱電(diàn)偶，增加絕(jué)緣(yuán)層厚度。如果上(shàng)述(shù)措施(shī)無效時，隻好采用裝(zhuāng)配(pèi)式(shì)熱電(diàn)偶(ǒu)。

4.4 短程有序結(jié)構變化（K狀(zhuàng)態(tài)）的影響(xiǎng)

    K型(xíng)熱電(diàn)偶(ǒu)在250℃—600℃溫度(dù)範(fàn)圍(wéi)內使用時，由於其顯微(wēi)結構發生變(biàn)化，形(xíng)成短程(chéng)有序結構，因(yīn)此(cǐ)將影響熱(rè)電(diàn)勢值而(ér)產(chǎn)生誤差(chà)，這(zhè)就是所(suǒ)謂的(dí)K狀態[3]。它是Ni—Cr合金(jīn)*的(dí)晶格變(biàn)化(huà)，當Cr含量在5—30%範圍內存在著(zhuó)原子晶(jīng)格(gé)的(dí)有(yǒu)序(xù)無(wú)序(xù)轉變。由此(cǐ)而引(yǐn)起的誤差，因Cr含量(liáng)及溫(wēn)度的(dí)不同(tóng)而(ér)變(biàn)化。將(jiāng)K型熱電(diàn)偶從300℃加熱至(zhì)800℃，每(měi)50℃取(qǔ)一(yī)點(diǎn)，測(cè)量該(gāi)點電(diàn)勢。在(zài)450℃時偏差(chà)zui大(dà)可達4℃，在(zài)350—600℃範圍內，均(jūn)為正(zhèng)偏差(chà)。由於K狀態的(dí)存在，使K型(xíng)熱(rè)電(diàn)偶在(zài)升溫或降溫檢定(dìng)結果不一(yī)致，故(gù)在廉(lián)金(jīn)屬熱(rè)電偶檢(jiǎn)定規程(chéng)中(zhōng)明(míng)文規定(dìng)檢定(dìng)順序：由(yóu)低(dī)溫向(xiàng)高溫(wēn)逐點升溫檢定。而且在400℃檢定(dìng)點，不僅傳熱效(xiào)果(guǒ)不(bù)佳(jiā)，難(nán)以達到熱平衡，而且(qiě)，又恰好處於(yú)K狀態誤(wù)差(chà)zui大範圍(wéi)。因(yīn)此(cǐ)，對(duì)該點判(pàn)定合格(gé)與(yǔ)否(fǒu)時(shí)應很慎重(zhòng)。

    Ni—Cr合金(jīn)短程有序結(jié)構變(biàn)化的現象，不僅存在於K型，而且，在E型熱(rè)電偶(ǒu)正極中也(yě)有此(cǐ)現象。但(dàn)是，作(zuò)為變化量E型(xíng)熱電(diàn)偶僅(jǐn)為(wéi)K型的(dí)2/3。總(zǒng)之，K狀態與(yǔ)溫度(dù)，時(shí)間有(yǒu)關，當溫度分布或熱(rè)電(diàn)偶位(wèi)置變(biàn)化(huà)時(shí)，其偏差也會發生很大變(biàn)化。故(gù)難(nán)以對偏差大小(xiǎo)作(zuò)出準(zhǔn)確評價(jià)。

4.5使(shǐ)用氣(qì)氛的影(yǐng)響

（1）選擇性氧(yǎng)化(huà)

    對於(yú)含Fe的Ni—Cr合(hé)金，如(rú)果氧分(fēn)壓低(dī)於特(tè)定(dìng)值，那麼(mó)同(tóng)O2親(qīn)和(hé)力大(dà)的Cr，將(jiāng)發(fā)生(shēng)選擇(zé)性(xìng)氧化，這(zhè)是Ni—Cr合(hé)金(jīn)*的(dí)晶(jīng)界氧(yǎng)化。如用(yòng)顯微(wēi)鏡觀察外(wài)表(biǎo)麵氧(yǎng)化層，就可以(yǐ)看到綠色(sè)析(xī)出(chū)物，這(zhè)種現(xiàn)象通(tōng)常(cháng)稱為“綠(lǜ)蝕(shí)”。尤其(qí)是當(dāng)溫度在800℃—1050℃範圍內，體係內(nèi)又(yòu)含有(yǒu)CO，H2等還原性氣體時(shí)，K型(xíng)熱電(diàn)偶的正極，更(gēng)容易發生選(xuǎn)擇性(xìng)氧(yǎng)化(huà)。這種(zhǒng)因Cr含量(liáng)降低而引起的熱電勢(shì)偏低，已成(chéng)為K型熱電偶在熱處(chǔ)理行(háng)業長期使用(yòng)的(dí)限製(zhì)因素。

    如(rú)果采用的(dí)氣(qì)體很純，並(bìng)且係(xì)統中不含(hán)氧(yǎng)，可以延(yán)長熱電(diàn)偶(ǒu)使(shǐ)用壽命。可是，如(rú)果熱電偶絲表麵有(yǒu)氧(yǎng)化層(céng)時，仍可為Cr的選(xuǎn)擇(zé)性氧化提供足夠的氧(yǎng)。因(yīn)此(cǐ)，在(zài)非氧化(huà)性(xìng)氣氛中(zhōng)使用(yòng)時，應采用(yòng)幹(gān)淨，拋(pāo)光的偶絲。同時(shí)，應盡可(kě)能(néng)避(bì)免在帶有(yǒu)微量氧的(dí)惰性氣體或(huò)氧分壓(yā)很低的空(kōng)氣(qì)中使(shǐ)用。當保護管長徑比較大時(shí)（即(jí)保護管很細(xì)），由於空氣(qì)循環不良(liáng)，形(xíng)成(chéng)缺氧(yǎng)狀態(tài)，其殘(cán)餘(yú)的少量(liáng)氧仍可為(wéi)Cr的(dí)選擇性氧化(huà)提供條(tiáo)件。

（2）選擇性(xìng)氧化的對策(cè)

    為了防(fáng)止或減(jiǎn)緩K型(xíng)熱電(diàn)偶(ǒu)因(yīn)選擇性(xìng)氧化而(ér)引(yǐn)起劣化，除了在(zài)材質方麵(miàn)加以(yǐ)改(gǎi)善外，還應在熱電偶(ǒu)結構上(shàng)采取相應(yīng)對策(cè)：

• 選(xuǎn)擇對氧(yǎng)親和力(lì)較(jiào)Cr更強(qiáng)的金屬作(zuò)為吸氣(qì)劑，封入保護(hù)管內，防止Cr發生(shēng)選(xuǎn)擇(zé)性氧化(huà)，也可以(yǐ)采用增(zēng)加(jiā)保(bǎo)護管(guǎn)直(zhí)徑(jìng)或吹氣的方法增加氧(yǎng)含量(liáng)。
• 裝(zhuāng)配式熱電(diàn)偶(ǒu)實(shí)體化。作者開發的(dí)產品—實體(tǐ)型滲碳爐(lú)用(yòng)熱(rè)電偶，即開(kāi)發出具(jù)有密封結(jié)構(gòu)的(dí)裝(zhuāng)配式熱(rè)電偶，可防(fáng)止Cr發生(shēng)選擇性氧化，經瓦軸(zhóu)集(jí)團(tuán)，一汽(qì)，二(èr)汽(qì)，易普(pǔ)森工業爐(lú)，沈(shěn)重(zhòng)，沈(shěn)齒，錢江摩(mó)托(tuō)等十幾(jī)家(jiā)企業(yè)多年使用證(zhèng)明(míng)，此方(fāng)案(àn)有效。使(shǐ)用(yòng)壽命在12個月(yuè)以(yǐ)上(shàng)，用戶很(hěn)滿(mǎn)意[4]。

（3）使用氣氛的(dí)影響

    熱電偶(ǒu)的穩定(dìng)性(xìng)，因(yīn)使(shǐ)用(yòng)溫度，氣氛不同(tóng)各異(yì)，對同(tóng)一種傳感器(qì)，如K型熱電(diàn)偶的zui高使(shǐ)用(yòng)溫度(dù)也因(yīn)直徑不(bù)同(tóng)而變(biàn)化，直(zhí)徑(jìng)相(xiāng)同的(dí)K型熱(rè)電(diàn)偶也(yě)因結構(gòu)的(dí)不同，其(qí)穩(wěn)定性也有很大差異(yì)。在選(xuǎn)擇熱(rè)電偶時(shí)，必(bì)須針(zhēn)對使(shǐ)用條(tiáo)件考慮如下幾點：

• 常(cháng)用溫(wēn)度及zui高使用(yòng)溫(wēn)度
• 氧化還原等(děng)使(shǐ)用(yòng)氣氛
• 抗(kàng)振動(dòng)性能

    對於裝配式(shì)熱電(diàn)偶而言，氣氛(fēn)的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)，首先取決(jué)於保(bǎo)護(hù)管(guǎn)材質及熱(rè)電(diàn)偶結構，因此(cǐ)，熟(shú)悉，掌握各種保(bǎo)護管(guǎn)材料的物(wù)理(lǐ)，化學(xué)性能(néng)是很(hěn)必要的(dí)。例如：在粉末冶金行(háng)業中，常(cháng)用(yòng)鉬管作(zuò)為熱(rè)電偶(ǒu)保(bǎo)護管(guǎn)。在(zài)1600℃的H2氣(qì)氛下，使用效(xiào)果較(jiào)好(hǎo)。然而，鉬(mù)管在(zài)氧化性(xìng)氣(qì)氛(fēn)下(xià)，很短(duǎn)時間(jiān)就因(yīn)氧化而蝕損。其次(cì)，應根據使用氣氛，選(xuǎn)擇合適的熱電偶(ǒu)，在(zài)1300℃以(yǐ)上(shàng)的氧化(huà)性氣氛(fēn)中，選(xuǎn)擇(zé)鉑(bó)銠熱電(diàn)偶，在(zài)還(huán)原性，真(zhēn)空條件(jiàn)下采用鎢錸熱(rè)電(diàn)偶較(jiào)好(hǎo)。

    對於(yú)K型熱電(diàn)偶，適於在空氣，O2等氣氛中(zhōng)工作，但在H2中使(shǐ)用時(shí)，其表麵被H2還(huán)原(yuán)，短時(shí)間無影響(xiǎng)，如(rú)果長時(shí)間暴露(lòu)在(zài)H2中，在(zài)加速還原的同時，將(jiāng)使(shǐ)偶絲(sī)發生晶粒長大(dà)而斷綫(xiàn)；在CO或(huò)煤氣等(děng)還原性(xìng)氣(qì)氛中，其劣(liè)化(huà)將(jiāng)顯(xiǎn)著加快(kuài)而超差。

     對於鎧(kǎi)裝熱(rè)電(diàn)偶(ǒu)，氫的原(yuán)子(zǐ)半徑很(hěn)小，容易透(tòu)過外套進入(rù)其內部(bù)，同(tóng)樣也(yě)將加速(sù)劣化，致(zhì)使熱電勢值大幅度(dù)降(jiàng)低。

（4）絕緣電阻的影響

    熱電偶用絕緣物，在高(gāo)溫下(xià)，其(qí)絕緣電(diàn)阻隨溫度升高而急驟(zhòu)降低(dī)，因(yīn)此(cǐ)，將(jiāng)有漏(lòu)電流(liú)產(chǎn)生，該(gāi)電(diàn)流(liú)通過絕(jué)緣電(diàn)阻已經(jīng)下降(jiàng)的(dí)絕(jué)緣(yuán)物(wù)流(liú)入儀(yí)表，使(shǐ)儀表(biǎo)指(zhǐ)示不(bù)穩(wěn)或產生(shēng)測(cè)量(liáng)誤(wù)差(chà)，也(yě)可(kě)能(néng)發生記(jì)錄儀亂打(dǎ)點的(dí)現象(xiàng)。