K型热电偶的测量与误差解决

　　热电偶线，是用于连接热电偶的冷端到控制室显示仪表的，进行冷端的温度补偿。并且由于热电偶的种类多，不同型号的热电偶要配备相应的热电偶线。

　　作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。

　　K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。

　　镍铬-偶(K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm。

　　正极(KP)的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极(KN)的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃。

　　K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用在氧化性惰性气氛中广泛为用户所采用。

　　K型热电偶不能直接在高温下用在硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用在弱氧化气氛。

　　特点优势

　　检出(测温)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表，其优点是：

　　①K型热电偶测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

　　②K型热电偶测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬)，最高可达+2800℃(如钨-铼)。

　　③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

　　2根据温度测量范围及精度，选用相应分度号的热电偶

　　使用温度在1300~1800℃，要求精度又比较高时，一般选用B型热电偶;要求精度不高，气氛又允许可用钨铼热电偶，高于1800℃一般选用钨铼热电偶;使用温度在1000~1300℃要求精度又比较高可用S型热电偶和N型热电偶;在1000℃以下一般用K型热电偶和N型热电偶，低于400℃一般用E型热电偶;250℃下以及负温测量一般用T型电偶，在低温时T型热电偶稳定而且精度高。

　　组成结构

　　K型热电偶测温必须由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。

　　在热电偶回路中产生的电势由温差电势和接触电势两部分组成。接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且Na>Nb，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电，导体B获得电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动地继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到A的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。

　　此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，接触面处所产生的电动势就越大，即接触电势越大。

　　测量应用

　　K型热电偶的热响应时间实际上是比较复杂的，不同的试验条件会产生不同的测量结果，这是由于受周围介质的换热率影响，换热率高，则热响应时间就短。

　　为了使热电偶的热响应时间具有可比性，国家标准规定：热响应时间应在专用水流试验装置上进行。该装置的水流速度应保持0.4±0.05m/s，初始温度在5-45℃的范围内，温度阶 跃值为40-50℃。在实验过程中，水的温度变化应不大于温度阶跃值的±1%。被试热电偶的置入深度为150mm或设计的置入深度。

　　由于K型热电偶在室温附近热电势很小，热响应时间不容易测出，因此国家标准规定可采用同规格的K型热电偶的热电极组件替换其自身的热电极组件，然后进行试验。

　　试验时应记录热电偶的输出变化至相当于温度阶跃变化50%的时间T0.5，必要时可记录变化10%的热响应时间T0.1和变化90%的热响应时间T0.9。所记录的热响应时间，应是同一试验 至少三次测试结果的平均值，每次测量结果对于平均值的偏离应在±10%以内。此外，形成温度阶跃变化所需的时间不应超过被测试热电偶的T0.5的十分之一。记录仪器或仪表的响 响应时间不应超过被试热电偶的T0.5的十分之一。

　　误差解决方法

　　由于K型热电偶的热惰性使仪表的指示值落后于被测温度的变化，在进行快速测量时这种影响尤为突出。所以应尽可能采用热电极较细、保护管直径较小的热电偶。测温环境许可时，甚至可将保护管取去。

　　由于存在测量滞后，用热电偶检测出的温度波动的振幅较炉温波动的振幅小。测量滞后越大，热电偶波动的振幅就越小，与实际炉温的差别也就越大。

　　当用时间常数大的热电偶测温或控温时，仪表显示的温度虽然波动很小，但实际炉温的波动可能很大。为了准确地测量温度，应当选择时间常数小的热电偶。时间常数与传热系数成反比，与K型热电偶端的直径、材料的密度及比热成正比，如要减小时间常数，除增加传热系数以外，最有效的办法是尽量减小热端的尺寸。使用中，通常采用导热性能好的材料，管壁薄、内径小的保护套管。在较精密的温度测量中，使用无保护套管的裸丝热电偶，但热电偶容易损坏，应及时校正及更换。