工业热电偶冷端补偿及检定技术研究
2019-10-21江飞冉启文谢刚旭杨舟洲
江飞 冉启文 谢刚旭 杨舟洲
摘 要:本文主要针对工业热电偶的冷补偿以及分类方法做了简单介绍。在实际应用过程中,工业热电偶的参考端有特定的检测方法,为方便更多人了解工业热电偶的正确使用方法,作者在文章中简明阐述了依据国家相关标准所使用的特殊的检定装备以及检定方法。对工业热电偶进行规范化检定可以有效保证工业量值的准确性,从源头上把控产品的质量。
关键词:热电偶;检定装备;冷端补偿
温度作为七个基本国际单位物理量之一,温度直接影响着火力发电机组运行的稳定与否。温度计量工作者必须在日常工作中认真把握温度的数值,准确传递相关信息,从而保障火力发电机组的正常运行,维护我国电力安全。在实际应用过程中,工业热电偶参考端温度不稳定,会导致测量数据不准确,影响设备的整体使用,可以利用补偿导线或参考端温度补偿器等解决该问题。
1 热电偶冷端补偿
工业用热电偶的工作原理是利用前端温度与冷端温度的差值判断当前温度,要保证热电偶所测量数据的准确性就必须将冷端温度维持在规定范围内。工业用热电偶的参考端温度应该维持在0度,然而实际使用过程中,由于环境因素和人为因素,参考端温度很难达到0度,因此应该采用一些数学补偿或逻辑修正的方法,除去冷端温度不稳定造成的数值偏差问题,目前被大量用于实际使用的方法主要有:冰点法、温度补偿法、补偿导线法以及电桥补偿法。
1.1 冰点法
冰点法是指在使用时将热电偶的冷端置于0度冰水中,使冷端温始终维持在0度附近,然而该方法操作难度性较大,因此仅被使用于实验室当中。
1.2 温度补偿法
若当前热电偶所测量出的前端温度为t而冷端温度为t0,该热电偶当前输出电势为E(t,t0)。依据工业热电偶的工作原理,可以利用数学转换方法将热电偶的输出电势转化为冷端为0度的数值即E(t,0)=E(t,t0)+E(t,0)。使用该方式首先要取得热电偶的冷端温度t0,然后查询分度表,尋找E(t,0)参考上述公式计算得E(t,0)再次查询分度表取得相应温度值。该方法被广泛应用于实际公益活动过程中。
1.3 补偿导线法
在实际应用过程中,可以利用物理属性与热电偶相类似的导线,将热电偶的冷端与设备的接线端相连接,该过程使用的导线仅仅是将热电偶的冷端与固定温度环境下的接线端相连接,导线本身无法去除热电偶冷端温度的不确定性,因此不具有补偿的作用。所以在使用该方法时要使同时使用冰点法或热电势补偿法等方法更正冷端非0引起的数值差异问题。
2 热电偶的检定
新生产的热电偶为保证测量数据的准确性必须在生产过程中进行严格的检定程序,测量合格后方可进入市场流通。大多数热电偶的热电属性会因为自然环境、人为因素等影响产生一定的改变,因此,工厂必须针对热电偶进行定期检测,检测达标后方可继续使用,否则应该尽快更换热电偶。
2.1 主要检定设备
贵金属热电偶的主要检定装备在此不多赘述,同类型的廉金属热电偶主要检定仪器通常包括:
①一等、二等标准的铂铑10-铂热电偶各1个;一套量程-30-到300℃的二等标准水银温度计,二等标准铂电阻温度仪一组;②一组精准度高于0.02级、最小步进值小于1V的低电势直流电位差计,也可以使用同等级别的其他仪器进行替代;③寄生电势≤1μV的多点转换开关;④参考端恒温器,恒温器内温度控制在0 ℃,容差0.1;⑤有效工作空间里的温差不高于0.2℃的定温油槽;⑥符合检定标准的管式炉及控温装置。
2.2 常规的检定手段
目前最常使用的热电偶温度计的检定方法是比较法,该方法将待检热电偶与标准热电偶进行对比,把标准热电偶及待检热电偶共同放置于检定炉中,将热电偶的测量端放置于炉内温场均匀的空间,然后依据相关流程进行检定。目前通常使用的比较方法是双极法和同名极法。
2.2.1 双极法
双极法是指在所有检定点都对标准热电偶以及待测热电偶进行电势测量,然后利用数学公式计算出待测热电偶的数值。将炉内温度上升至检定点后,待温度稳定一段时间,依次测量各个热电偶的热电势,最少进行四次测量。双极法测定热电偶的公式中,e t表示的是标准热电偶所定义的设置热电势值;De t表示的是在检测点附近所测量到的热电偶的热电势算术平均值与标准热电偶该数值之间的差值。
2.2.2 同名极法
同名极法主要应用于同类型的热电偶检定过程中。将待测热电偶的电极同测量设备的“+”口连接,标准热电偶的电极同测量设备的“-”口连接。将标准热电偶与待测热电偶一同放置于检定炉内。炉内温度上升至检定温度并保持一定时间后进行测量,最少进行四次测量。
3 结束语
热电偶温度测量仪被广泛应用于工业生产过程中,在石油加工、化学、能源、军工以及航天等领域皆可见到它的身影,除此之外,它还被应用于科研仪器医学设备、家用电器以及汽车制造等。
作者简介:
江飞(1969- ),助理工程师,四川广播电视大学,大专。