热电偶在使用过程中需要注意把握的几个问题

王博文

摘要：热电偶试温度测量仪表中常用的一种测温元件，在工业生产、监控及化验等领域都有广泛应用。用热电偶测量温度虽然操作不算复杂，但也有许多需要注意的问题，准确把握主要问题才能确保测量准确性。本文对热电偶使用过程中需要把握的一些问题进行了分析探讨，旨在提高热电偶使用操作水平，确保热电偶工作状态。

关键词：热电偶;温度检定;准确性

热电偶是工业生产中常用的一种温度测量元件，具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高及输出信号方便等有点而被广泛应用。热电偶测量数据的准确性受到多方面因素影响，如热电偶本身长度、弯曲度、绝缘电阻等，因此在使用过程中需要加强对相关问题的把握才能提高测量结果的准确性。

一、热电偶测温原理

工业测温用热电偶主要由热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线盒等组成。根据选用的电偶丝材类型，可将热电偶分为标准热电偶和非标准热电偶两种，标准热电偶在热电势与温度关系、允许误差及标准分度表等方面都需达到国家有关标准规定，并有配套显示仪表可供选用。而非标准热电偶相对于标准热电偶，其在使用范围和数量级上都有所不及，主要应用于一些特殊场合。绝缘管在热电偶中主要应用于焊接在一起的热电偶工作端部位，发挥绝缘保护作用，主要有有机绝缘和无机绝缘两种，在实际应用中需要根据测量对象温度情况进行选择。保护管在热电偶中也有重要作用，不仅可以延长热电偶使用寿命，而且可增强热电极强度的作用。合理选用保护管和绝缘管才能确保热电偶工作状态及测量的准确性。

当两种不同导体或半导体A和B通过焊接组成一个闭合回路，当两端相互连接时，只要两结点处存在温差，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为T0，称为自由端（也称参考端）或冷端，回路中便产生一个电动势，并在回路中形成电流，这种现象称为“热电效应”。产生的电动势的方向和大小受到导体材料及两接点温度影响，两种导体组成的回路也就是“热电偶”，两种导体称为“热电极”，产生的电动势则称为“热电动势”。热电偶工作原理如下图所示：

二、热电偶使用中需要把握的有关问题

（一）热电偶选型问题

热电偶选用要综合考虑使用温度范围、精度要求、使用气氛、测定对象性能及响应时间等方面。在使用温度范围方面，如果温度在1300-1800℃之间，且精度要求比较高，则可选用B型热电偶;若要求精度不高，分为与允许可使用钨铼热电偶，高于1800℃的话通常使用钨铼热电偶;在使用温度处于1000-1300℃，且精度要求较高情况下，可用S型热电偶和N型热电偶。使用氛围不同，热电偶在选用上也与所要求，通常情况下，在强氧化和弱还原气氛中S型、B型和K型热电偶较为适用，而弱氧化和还原气氛中则宜用J型和T型热电偶，但如果保护管气密性比较好，对气氛要求就不太严格。在耐久性及热响应性考虑方面，通常来说，热电偶线径大则耐久性较好，但响应速度较差，热容量大的热电偶，响应也较慢，测量梯度大温度时，在温度控制情况下，控温就差。如果要响应时间快且要有一定耐久性，那么宜选用铠装偶。总之，热电偶选用应根据测量对象实际情况，综合考虑各方面进行选择。

（二）热电偶安装问题

正确安裝热电偶是确保其正常使用状态基本保障，因此在使用热电偶测量温度过程中，热电偶安装问题要重点把握好。对于热电偶安装，要注意以下几方面：（1）插入深度。为保证温度测量结构准确性，热电偶测量端应插入至能够真正代表被测介质温度位置，通常不小于热电偶保护管外径10倍深度;（2）防负压措施。由于被测介质负压会对流现象，因此在安装过程中要认真检查介质负压情况，如果存在负压则热电偶应采取密封措施，以避免对流影响测量结果准确性;（3）安装角度。为避免保护管在高温作用下发生变形，一般情况，热电偶安装应尽量保持垂直，但如果存在流速，则采取热电偶倾斜45°安装为宜;（4）安装位置。为尽量减小外来因素对测量结果准确性影响，热电偶应尽量选择远离热源、电场及强磁场等位置进行安装。

（三）热电偶检查问题

在使用热电偶对有关介质温度进行测定时，热电偶如存在不佳情况则会影响测量结果，因此应高度重视偶丝检查工作。热电偶检查重点有以下几方面：（1）热电偶长度。由于热电偶在离开测温区后需要足够宽的温度梯度区，为阻止热电偶热端热量传给冷端，热电偶热端与冷端间应有足够距离。现有相关检定规程对热电偶长度都有明确规定，如JJG 351—1996《工作用廉金属热电偶检定规程》中规定热电偶长度不小于750 mm，JJF 1262—2010《铠装热电偶校准规范》中规定铠装热电偶长度不小于 500 mm。因此，在使用热电偶前应对其长度进行确认。（2）热电偶偶丝表层检查。热电偶电极丝表层情况对测量结果准确性有一定影响，这主要是由于表层情况会影响到热电偶热电特性的稳定性，因此应保证电极丝光亮，如有发暗发黑情况，则可用小锤子轻敲或进行偶丝清洗等措施，对表层污染层进行清除。（3）热电偶偶丝弯曲情况。热电偶偶丝具有细软、易变性的特点，而偶丝一旦存在折叠、扭曲等现象，热电特性就会发生改变，从而影响测量结果准确性，因此在热电偶检定前应对偶丝进行全面观察，如存在弯曲则需要将其拉直。

（四）绝缘电阻影响问题

在高温条件下，热电偶绝缘电阻会随着温度升高而急剧降低，从而产生漏电流，电流经绝缘电阻已经下降的绝缘物流入仪表，会影响仪表指示稳定性，从而产生测量误差。为降低绝缘电阻影响，在使用前应对其进行测试，满足检定要求才能应用于实际测量中。

（五）补偿导线使用问题

合理采用补偿导线可将热电偶冷端延伸到温度比较稳定的控制室内，但在使用中要注意几方面。一是补偿导线外部绝缘层必须着色，型号要相配，极性连接正确。二是由于Ⅰ级电热偶准确性较高，允许误差小，而补偿导线都存在一定误差，因此在检定Ⅰ级电热偶中不能使用补偿导线。

（六）热电偶参考端使用温度问题

从实践来看，热电偶使用时其参考端温度原则上需维持在0℃，但这在现实情况中是很难实现的。为此在实际工作中，我们可以利用室温式或补偿式参考端，如此一来其温度将直接影响仪表示值。另外，热电偶如果带有补偿式参考端仪表的话，它地使用应当要在完全补偿环境中才行。

三、结束语

总而言之，热电偶温度计在工业生产等领域都有重要应用，在实际使用过程中，应根据热电偶工作原理，结合实际使用情况，加强对相关问题的分析、研究和把握，这样才能够在确保热电偶处于最佳状态情况下确保测量结果的准确性。

参考文献：

[1]李楠.热电偶测温系统中常见故障处理方法[J].建筑工程技术与设计，2017，11（下旬刊）.

[2]杨浩.热电偶检定与使用中应注意问题的分析[J].工业计量，2015，1：65-68.

[3]祁晶.影响热电偶温度计精确度及注意事项的分析[J]，黑龙江科技信息，2011年04期.