铠装热电偶的分流误差以及相应对策

热电偶测量误差及其注意事项

在现有的测温系统中，zui常用的温度传感器—热电偶，因其结构简单，往往被误认为“热电偶两根线，接上就完事”，其实并非如此。 热电偶的结构虽然简单，但在使用中仍然会出现各种问题。例如：安装或使用方法不当，将会引起较大的测量误差，甚至检定合格的热电偶也会因操作不当，在使用时不合格，在渗碳等还原性气氛中，如果不注意，K型热电偶也会因选择性氧化而超差。
为了提高测量精度，减少测量误差，延长热电偶使用寿命，要求使用者不仅应具备仪表方面的操作技能，而且还应具有物理、化学及材料等多方面知识。作者根据多年实践，并参阅有关资料较详细地介绍热电偶的测量误差及其注意事项。

 铠装热电偶的分流误差
 
（1）分流误差
瓦轴集团渗碳炉用铠装热电偶，仅使用一周就不准了。为探讨原因，作者曾到现场考察，但未发现异常，只好从炉子上取下来经计量室检定结果合格。那么问题何在呢？zui后，根据该支热电偶的现场安装特点，经研究发现，上述问题是铠装热电偶的分流误差造成的。
所谓分流误差即用铠装热电偶测量炉温时，当热电偶中间部位有超过800°C的温度分布存在时,因其绝缘电阻下降，热电偶示值出现异常的现象，称为分流误差。依据均质回路定则，用热电偶测温只与测量端与参考端两端温度有关，与中间温度分布无关。可是由于铠装热电偶的绝缘物是粉末状MgO，温度每升高100°C，其绝缘电阻下降一个数量级，当中间部位温度较高时，必定有漏电流产生，致使在热电偶输出电势中有分流误差出现。
（2）分流误差产生的条件
将铠装热电偶水平插入炉内，其规格及实验条件为：直径ф4.8mm,长度为25m,中间部位加热带的长度为20m，温度为1000℃。本次实验中，热电偶的测量端与中间部位的温差为200℃。如果测量端温度高于中间部位，则产生负误差；相反，则产生正误差。如果两者的温差为200℃，那么，分流误差约为100℃。这是不能忽视的，分流误差的产生条件与铠装热电偶种类和直径等因素有关[2]
 
分流误差的影响因素及对策
 
高温下铠装热电偶产生分流误差的现象，正在引起人们的重视，因此有必要了解分流误差的影响因素，并采取适当对策以减少或消除分流误差的影响。
（1）铠装热电偶直径
对于长度为9米的K型铠装热电偶（MgO绝缘），只将热电偶中间部位加热。实验结果表明：分流误差的大小与其直径的平方根成反比（直径过细，不遵守此规律），即直径越细，分流误差越大。
当中间部位温度高于800℃时，对于ф3.2mm铠装热电偶将产生分流误差。但对于ф6.4mm及ф8mm铠装热电偶，当中间部位的温度为900℃时，仍未发现分流误差。对于ф6.4mm（热电极丝直径为ф1.4mm）与ф8mm（热电极丝直径为ф2.0mm）的铠装热电偶，当中间部位温度为1100℃时，直径为ф8mm的铠装热电偶产生的分流误差仅为ф6.4mm的一半。此数值（50%）近视于两种铠装热电偶电极丝直径的平方比（1.42/2.02 ） ,而电极丝直径平方比,即为电极丝的电阻比。因此，为了减少分流误差，应尽可能选用粗直径的铠装热电偶。

（2） 绝缘电阻
高温下氧化物的电阻率将随温度的升高呈指数降低,分流误差的大小主要取决于高温部分的绝缘性能,绝缘电阻越低,越容易产生分流误差。当绝缘电阻增加10倍或减少至1/10时，其分流误差也随之减少至1/10或增大10倍。为了减少分流误差，应尽可能采用直径粗的铠装热电偶，增加绝缘层厚度。如果上述措施无效时，只好采用装配式热电偶。
 
（3）中间部位的温度
如果中间部位的温度超过800℃，有可能产生分流误差，其大小将随温度的升高，呈指数关系增大。因此，除测量端外，其它部位应尽可能避免超过800℃。当中间部位加热带温度高于800℃时，其加热带的长度越长，距离测量端越远，分流误差越大。因此，应尽可能缩短加热带长度 ，并且，不要在远离测量端处加热，以减少分流误差。

（4）热电偶丝的电阻
当铠装热电偶的直径相同时，分流误差将随热电偶丝的电阻增大而增加。因此， 采用电阻小的热电偶丝更好。例如：直径相同的S型铠装热电偶同K型热电偶相比，其分流误差减少40%。因此，可采用S型热电偶测量炉内温场分布，费用虽高，但较准确。