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影響測量誤差的主要因素:熱電偶插入深度﹑響應(yīng)時間﹑熱輻射及熱阻抗等。
1、響應(yīng)時間的影響
接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達(dá)到熱平衡。因此,在測溫時需要保持一定時間,才能使兩者達(dá)到熱平衡。而保持時間的長短,同測溫元件的熱響應(yīng)時間有關(guān)。而熱響應(yīng)時間主要取決于傳感器的結(jié)構(gòu)及測量條件,差別極大。對于氣體介質(zhì),尤其是靜止氣體,至少應(yīng)保持30min以上才能達(dá)到平衡;
對于液體而言,zui快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所,尤其是瞬間變化過程,全過程僅1秒鐘,則要求傳感器的響應(yīng)時間在毫秒級。因此,普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現(xiàn)滯后,而且也會因達(dá)不到熱平衡而產(chǎn)生測量誤差。選擇響應(yīng)快的傳感器。對熱電偶而言除保護(hù)管影響外,熱電偶的測量端直徑也是其主要因素,即偶絲越細(xì),測量端直徑越小,其熱響應(yīng)時間越短。測溫元件熱響應(yīng)誤差可通過下式確定。
Δθ=Δθ0exp(-t/τ)
式中t—測量時間S,
Δθ—在t時刻,測溫元件引起的誤差,K或℃
Δθ0—“t=0”時刻,測溫元件引起的誤差,K或℃
τ—時間常數(shù)S
e—自然對數(shù)的底(2.718)
因此,當(dāng)t=τ時,則Δθ=Δθ0/e即為0.368,
如果當(dāng)t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2即為0.135。
當(dāng)被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經(jīng)過足夠的時間后,所產(chǎn)生的響應(yīng)誤差可用下式表示:
Δθ∞=-ατ
式中Δθ∞—經(jīng)過足夠時間后,測溫元件引起的誤差。
由上可看出,響應(yīng)誤差與時間常數(shù)(τ)成正比。為了提高檢定效率許多企業(yè)采用自動檢定裝置,對入廠熱電偶進(jìn)行檢定,但是,該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發(fā)現(xiàn)如果在400℃點的恒溫時間不夠,達(dá)不到熱平衡,就容易發(fā)生誤判。
2、插入深度的影響
a測溫點的選擇
b插入深度
熱電偶插入被測場所時,沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產(chǎn)生測溫誤差。總之,由熱傳導(dǎo)而引起的誤差,與插入深度有關(guān)。
而插入深度又與保護(hù)管材質(zhì)有關(guān)。金屬保護(hù)管因其導(dǎo)熱性能好,其插入深度應(yīng)該深一些(約為直徑的15—20倍),陶瓷材料絕熱性能好,可插入淺一些(約為直徑的10-15倍)。對于工程測溫,其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態(tài)有關(guān),如流動的液體或高速氣流溫度的測量,將不受上述限制,插入深度可以淺一些,具體數(shù)值應(yīng)由實驗確定。
3、熱輻射的影響
插入爐內(nèi)用于測溫的熱電偶,將被高溫物體發(fā)出的熱輻射加熱。假定爐內(nèi)氣體是透明的,而且,熱電偶與爐壁的溫差較大時,將因能量交換而產(chǎn)生測溫誤差。
在單位時間內(nèi),兩者交換的輻射能為P,可用下式表示:
P=σε(Tw4-Tt4)(2—3)
式中σ—斯忒藩—波爾茲常數(shù)
ε—發(fā)射率
Tt—熱電偶的溫度,K
Tw—爐壁的溫度,K
在單位時間內(nèi),熱電偶同周圍的氣體(溫度為T),通過對流及熱傳導(dǎo)也將發(fā)生熱量交換的能量為P′
P′=αA(T-Tt)(2—4)
式中α—熱導(dǎo)率
A—熱電偶的表面積
在正常狀態(tài)下,P=P′,其誤差為:
Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α?。?—5)
對于單位面積而言其誤差為
Tt-T=σε(Tt4-Tw4)/α(2—6)
因此,為了減少熱輻射誤差,應(yīng)增大熱傳導(dǎo),并使?fàn)t壁溫度Tw,盡可能接近熱電偶的溫度Tt。
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