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E型热电偶在参考端温度不同时测量的结果比较及误差分析
发布时间：2017-09-01
1引言
在工业生产和试验研究的控温测温条件下,常常用各类热电偶作为传感器,将系统中的温度信号转换成电压信号,这种测温方式可进行远距离传递测量,也可集中控制,所以越来越得到广泛的使用.
热电偶在测温过程中,其性能和使用方法造成的影响将给测温带来一定的误差,其中包括参考端温度的影响.在热电偶的分度表和根据分度表刻度的温度显示仪表中,都是以热电偶参考端温度等于0℃为条件的,如果参考端温度tn不为0℃,尽管被测温度t恒定不变,热电势EAB(t,tN)也将随着参考端温度tn的变化而变化[EAB(t,tN)=EAB(t,t0)-EAB(tN,t0)].这时,要测出实际温度,就必须采取修正或补偿等措施.通常在工程测量中,要使参考端温度保持0℃比较麻烦一般都是处于室温或波动温区测量,然后测出参考端温度,查表取得对应热电势值,与测量值相加,得到实际温度的电势值.但这样得出的数值是否与参考端温度为零时获得的数据有差异及区别?笔者用E型压簧式热电偶进行了比较实验.
2参考端温度在0℃和在常温下的测量过程及比较
在试验过程中所使用的电测仪器为8840A型6位数字万用表,控温设备为二等标准水银温度计及标准油浴.整套实验装置的测量精度及控温稳定性均满足实验要求,并且均在检定周期内.
试验用热电偶为E型(镍铬―铜镍合金)压簧式热电偶,共用7支,为同一厂家,同期产品.所选温度为100℃,200℃,250℃,在热电偶分度表中查出这三个温度点对应的标准热电势为:6.319mV,13.421mV,17.181mV.实验在环境一致的实验室进行.
首先,将七支热电偶的测量端分别置于标准油浴中,其参考端处于常温状态下,将温度分别控制在100±0.1℃,200±0.1℃,250±0.1℃下进行测量,同时,将另一标准温度计放于热电偶参考端处,分别测出其参考端温度,根据公式:实验电势值=测量值+参考端温度修正值,分别修正后得出一组电势值.然后将参考端置于0℃状态下,分别在三个温度点上测量得出一组电势值.
在两组数据中,剔除一支热电偶由于粗大误差造成的示值异常,将各组数据整理后,列表1～3如下:
由于在100℃时标准热电势为6.319mV,200℃时标准热电势为13.421mV,250℃时标准热电势为17.181mV,下表列出两种情况下各支势电偶与标准热电势的偏差值:
3结果及误差分析
从实验结果数据上可以证实:热电偶测温过程中,在相同实验条件下,在参考端温度为0℃状态下测量和在参考端为常温下测量而后修正这两种情况下所得的结果有一定的差异.同时,参考端温度为0℃的测量结果,其准确率优于其它状态下的测量结果.在参考端温度不为零状态下,所测量的数值其误差增大的原因主要有以下几点:
1.参考端温度测量的准确性对结果的影响
由于在实验过程中,参考端所放置的温度计的精度及人员读数的准确性很可能直接影响到测量的准确性.同时,参考端温度直接受到周围环境的影响,不能保持在一个恒定的温度下,而是一直波动的,从而造成其误差增大.
2.参考端传热误差对结果的影响
热电偶除了与被测气流进行热交换外,还与周围环境进行热交换,当参考端与环境的传热使其热交换处于不平衡状态时,所测得的参考端温度与实际温度不相同造成误差.从表1～表3中可以看出,随着温度的升高,环境发生变化,其热辐射不同程度地影响到测量端温度的准确性,从而影响测量值.
3.热电偶E-t关系的误差
当参考端不为零时,需用相应的分度表进行修正,由于分度表是由许多同类热电偶平均E-t特性制成的,所以就产生了分度表与热电偶实际E-t关系不一致带来的误差.
摘自：中国计量测控网
