热电偶检定过程监测仪表数据失稳原因分析

【摘 要】热电偶是工业上最常用的测温元件之一，广泛用于工业生产中。在使用一段时间后，需进行检定，得出修正值。热电偶的检定过程操作复杂繁琐，检定时间长，操作不当，过程不好逆转。其检定结果不确定度来源很多，监测仪表的波动是来源之一。本文仅从监测仪表数据不稳定这一方面分析可能的原因。检定结果的数据是判断热电偶合格与否的标准，但监测仪表数据波动，检定结果重复性大是困扰检定人员的难题，本文从环境、设备、操作等方面及结合实践经验分析热电偶在检定过程中的数据失稳的原因，为检定人员提供参考。

【关键词】热电偶 检定 数据失稳

热电偶是工业上最常用的测温元件之一。其以测量精度高，测量范围广，构造简单，使用方便的优点广泛用于工业生产中。在测温过程中，因受到测量环境，测量的方法，绝缘材料保护套管受玷污的影响，尤其是高温腐蚀的环境中，其热电性能会发生相应的变化，测量结果会有误差，因而热电偶在使用一段时间后，需进行检定，得出修正值，以便对实际测量值进行修正，减少测量误差，因此检定的结果很重要。热电偶检定结果误差来源很多，主要是人员、设备、环境等因素的影响。从过去的手动检定到现在的自动检定，各方面因素所造成的误差来源逐步减少。排除了各种误差来源之后，检定数据是判断热电偶合格与否的标准，热电偶的检定规程要求在恒温的情况下往返读数四次，取其平均值作为测量结果。在检定过程中经常会遇到仪表数据不稳定无法读数的情况，即便自动采集数据，如果四次读数差别较大，则测量结果重复性大，测量结果的不确定度必然大，致使检定人员对检定结果缺乏信心。造成仪表数据不稳定因素很多，分析如下：

1 偶丝质量的原因

热电偶的测量原理就是两种不同材料的导体组成闭合回路，当两端有温度差时，就有热电势存在。如果制作热电偶的材料本生热电极不均匀，对其热电性能就有很大的影响。这个对于检定人员无法把握，我们所要注重的是检查热电偶测量端的焊接情况，规程要求热电偶表面应平滑、光洁、线性均匀，组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固，焊接端圆滑无气孔、无砂眼、无夹渣，偶丝无氧化；使用过的热电偶，热电极晶粒变大，表面不光亮，发黑，需要经过清洗处理，消除污染层，保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离；两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路；忽视热电偶本身存在的问题，检定结果通常变差较大。

2 冷端温度不均匀的影响

规程要求冷端应置于冰点恒温器中，当没有冰点恒温器时，通常至于空气中，这时冷端温度与离检定炉的位置有关，不能完全以空气的温度为准，当离检定炉比较近时，冷端温度较高，而且随着检定温度越来越高，冷端温度也将缓慢升高，冷端温度的不稳定也会造成终端测量结果的不稳定，当用这种方法检定时，检定室内应避免空气流动，恒温的时间要长，才能尽可能使冷端处于相对的稳定之中。由于热电偶是有两种材料组成的，两个冷端温度其实也不是完全相同的，用数字温度计来测一下，通常差一两度，取中值进行补偿。因为这个原因，所以冷端最好放入恒温槽中。可以自制恒温槽，在保温瓶中放入油水混合物，油比重小于水，浮在水上面，起到一个保温的作用，成为一个简易的恒温槽，其效果应该比放入空气中好，计算检定误差时应将冷端温度即恒温槽的温度补偿进去。

3 检定炉的原因

检定炉使用时间过长，炉体出现裂缝，保温性能差，造成数据波动，这种情况应当更换检定炉。检定炉应无裂纹，炉膛内应该干净无杂物。我有一次在检定过程中，发现数据始终不能稳定，排除检定中所有的干扰之后，仍然不能稳定，不得其解，后来将热电偶从炉子中取出时，热电偶绑扎完好，我朝炉中看了一下发现炉中有许多石棉残留物，，我分析石棉是起保温作用的，粘在测量端上，对恒温有影响。将炉内的石棉清除干净后，再检定就正常了，

4 热电偶绑扎不规范的影响

热电偶应成束悬空放入检定炉中，且测量端在同一平面。规程中要求将热电偶绑扎成束，是有道理的，一方面将被检热电偶与标准热电偶置于同一温场内，减小检定误差，另一方面如将热电偶散乱地放入炉内，测量端挨着炉壁，因为炉壁周围有电炉丝缠绕，温度应比腔内的温度高，热电偶受热不均匀，稳定性差，波动度大，造成数据不稳，测量结果误差也就大。如用耐高温的电炉丝绑扎，应避免偶丝的正负极短路。经常遇到检定使用过的热电偶，保护套管破损，当将成束绑扎时，会将热电偶的两根偶丝碰到一起，造成测量数据不停波动，无法读数。

5 标准偶与被检热电偶的测量端放置位置的影响

按照比较法测量的原理，标准应与被检置于同一平面内，且置于检定炉的均匀温场内。通常为了保护标准热电偶，检定时将标准热电偶放入一个一头封闭的石英套管中，有时可能因为疏忽未将标准顶到头，这样标准热电偶与被检热电偶不在同一温场内，不但测量结果的误差较大，而且因为标准偶偏离了测量温场，也会造成数据失稳。

6 控温偶的测量端位置的影响

控温偶应接近测量温场中。控温偶一般在检定炉的另一端，因为偶然情况也会发生位移，偏离测量温场，但常常被忽视，当需控制的温场和检定的温场不在同一位置时，很难恒温，仪表数据也不稳定

热电偶的检定过程有别于其他计量器具的检定，操作复杂繁琐，检定时间长，当被检偶上炉，温度升上去之后，到了检测点发现监测仪表数据波动很大，此前的操作不当过程不好逆转，因此通过观察和规范操作，从以上几个方面查找原因，可以避免或解决仪表数据不稳定的问题，减小测量结果的不确定度。

参考文献：

[1]JJG131-2013《工作用贵金属热电偶检定规程》.

[2]JJG351-1996《工作用廉金属热电偶检定规程》.

[3] 刘常满 编著.《温度测量与仪表维修问答》.中国计量出版社.

作者简介：吴萍（1970—），女，汉，安徽省铜陵市，现供职单位全称：铜陵市计计量测试研究所，职称：中级，研究方向：计量检定测试技术。