热电偶插入深度对于测量温度的影响

一、热电偶插入深度的影响
1.测温点的选择 热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。
2.插入深度 热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的 误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些（约为直径的15—20倍），陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些（约为直径的 10-15倍）。对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量，将不受上述限制，插入深度可以浅一些，具体数值应由实验确定。 
二、 响应时间的影响 接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间 有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；对于液体而言，最快也要在5min以上。 对于温 度不断变化的被测场所，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不 到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热响应时间越短。测温元件热 响应误差可通过下式确定 【1】。 Δθ=Δθ0exp（-t/τ） （2—1） 式中 t—测量时间 S， Δθ—在 t 时刻，测温元件引起的误差，K或℃ Δθ0—“t=0” 时刻，测温元件引起的误差 ，K或℃ τ—时间常数 S e —自然对数的底（2.718） 因此，当t=τ时，则Δθ=Δθ0/e 即为0.368， 如果当t=2τ时,则Δθ=Δθ0/e2 即为0.135。 当被测对象的温度,以一定的速度α (k/s或℃/s)上升或下降时,经过足够的时间后,所产生的响应误差可用下式表示： Δθ∞=-ατ （2—2） 式中 Δθ∞—经过足够时间后，测温元件引起的误差。 由式（2—2）可以看出， 响应误差与时间常数（τ）成正比。为了提高检定效率许多企业采用自动检定装置，对入厂热电偶进行检定，但是，该装置也并非十分完善。二汽变速箱厂热处理车间就发现如果在400℃点的 恒温时间不够，达不到热平衡，就容易发生误判。三、热辐射的影响 插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的，而且，热电偶与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差。 在单位时间 内，两者交换的辐射能为P，可用下式表示： P=σε（Tw4 - Tt4 ） （2—3） 式中 σ—斯忒藩—波尔兹常数 ε—发射率 Tt—热电偶的温度 , K Tw—炉壁的温度 , K 在单位时间内,热电 偶同周围的气体（温度为T）,通过对流及热传导也将发生热量交换的能量为P′ P′=αA（T-Tt） （2—4） 式中 α—热导率 A— 热电偶的表面积 在正常状态下，P= P′，其误差为： Tt- T=σε（Tt4-Tw4）/αА （2—5） 对于单位面积而言其误差为 Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α （2—6） 因此，为了减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度Tw ，尽可能接近热电偶的温 度Tt。另外，在安装时还应注意： ①热电偶安装位置，应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面； ②热电偶最好带有热辐射遮蔽套。四、热阻抗增加的影响 在高温下使用的热电偶，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣 沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。例如，进口铜熔炼炉，不仅安装有连续测温热电偶，还配备消 耗型热电偶测温装置，用于及时校准连续测温用热电偶的准确度。