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E型熱電偶在參考端溫度不同時測量的結果比較及誤差分析
發布時間：2017-09-01
1引言
在工業生產和試驗研究的控溫測溫條件下,常常用各類熱電偶作為傳感器,將系統中的溫度信號轉換成電壓信號,這種測溫方式可進行遠距離傳遞測量,也可集中控制,所以越來越得到廣泛的使用.
熱電偶在測溫過程中,其性能和使用方法造成的影響將給測溫帶來一定的誤差,其中包括參考端溫度的影響.在熱電偶的分度表和根據分度表刻度的溫度顯示儀表中,都是以熱電偶參考端溫度等于0℃為條件的,如果參考端溫度tn不為0℃,盡管被測溫度t恒定不變,熱電勢EAB(t,tN)也將隨著參考端溫度tn的變化而變化[EAB(t,tN)=EAB(t,t0)-EAB(tN,t0)].這時,要測出實際溫度,就必須采取修正或補償等措施.通常在工程測量中,要使參考端溫度保持0℃比較麻煩一般都是處于室溫或波動溫區測量,然后測出參考端溫度,查表取得對應熱電勢值,與測量值相加,得到實際溫度的電勢值.但這樣得出的數值是否與參考端溫度為零時獲得的數據有差異及區別?筆者用E型壓簧式熱電偶進行了比較實驗.
2參考端溫度在0℃和在常溫下的測量過程及比較
在試驗過程中所使用的電測儀器為8840A型6位數字萬用表,控溫設備為二等標準水銀溫度計及標準油浴.整套實驗裝置的測量精度及控溫穩定性均滿足實驗要求,并且均在檢定周期內.
試驗用熱電偶為E型(鎳鉻―銅鎳合金)壓簧式熱電偶,共用7支,為同一廠家,同期產品.所選溫度為100℃,200℃,250℃,在熱電偶分度表中查出這三個溫度點對應的標準熱電勢為:6.319mV,13.421mV,17.181mV.實驗在環境一致的實驗室進行.
首先,將七支熱電偶的測量端分別置于標準油浴中,其參考端處于常溫狀態下,將溫度分別控制在100±0.1℃,200±0.1℃,250±0.1℃下進行測量,同時,將另一標準溫度計放于熱電偶參考端處,分別測出其參考端溫度,根據公式:實驗電勢值=測量值+參考端溫度修正值,分別修正后得出一組電勢值.然后將參考端置于0℃狀態下,分別在三個溫度點上測量得出一組電勢值.
在兩組數據中,剔除一支熱電偶由于粗大誤差造成的示值異常,將各組數據整理后,列表1～3如下:
由于在100℃時標準熱電勢為6.319mV,200℃時標準熱電勢為13.421mV,250℃時標準熱電勢為17.181mV,下表列出兩種情況下各支勢電偶與標準熱電勢的偏差值:
3結果及誤差分析
從實驗結果數據上可以證實:熱電偶測溫過程中,在相同實驗條件下,在參考端溫度為0℃狀態下測量和在參考端為常溫下測量而后修正這兩種情況下所得的結果有一定的差異.同時,參考端溫度為0℃的測量結果,其準確率優于其它狀態下的測量結果.在參考端溫度不為零狀態下,所測量的數值其誤差增大的原因主要有以下幾點:
1.參考端溫度測量的準確性對結果的影響
由于在實驗過程中,參考端所放置的溫度計的精度及人員讀數的準確性很可能直接影響到測量的準確性.同時,參考端溫度直接受到周圍環境的影響,不能保持在一個恒定的溫度下,而是一直波動的,從而造成其誤差增大.
2.參考端傳熱誤差對結果的影響
熱電偶除了與被測氣流進行熱交換外,還與周圍環境進行熱交換,當參考端與環境的傳熱使其熱交換處于不平衡狀態時,所測得的參考端溫度與實際溫度不相同造成誤差.從表1～表3中可以看出,隨著溫度的升高,環境發生變化,其熱輻射不同程度地影響到測量端溫度的準確性,從而影響測量值.
3.熱電偶E-t關系的誤差
當參考端不為零時,需用相應的分度表進行修正,由于分度表是由許多同類熱電偶平均E-t特性制成的,所以就產生了分度表與熱電偶實際E-t關系不一致帶來的誤差.
摘自：中國計量測控網
