热电偶计量误差是主要因素

　　热电偶作为温度采集模块的应用原理，其在工业物联网中拥有广泛的市场与需求，但在其计量问题上，出现了误差，对此聚英电子总结了热电偶计量误差主要因素。

　　热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。热电偶由两根不同导线(热电极)组成，其一端是互相焊接的，形成热电偶的测量端(也称工作端)。将其插入待测温度的介质中;而热电偶的另一端 (参比端或自由端)则与显示仪表相连。如果热电偶的测量端与参比端存在温度差，则显示仪表将指出热电偶产生的热电动势。

　　冷端温度补偿器

　　热电阻是利用金属导体或半导体有温度变化时，本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的，热电阻的受热部分(感温元件)是用细金属丝均匀地绕在绝缘材料做成的骨架上，或通过激光溅射工艺在基片形成。当被测介质有温度梯度时，则所测得的温度是感温元件所在范围内介质层的平均温度。

　　热电偶计量误差主要因素：

　　1.热电偶热电特性不稳定所引起的误差

　　热电偶温度计经过一段时间使用，受其使用的环境影响，其本身的热电性能将会产生一定的变化，则该热电偶温度计计量得到的温度与真实温度有一定的偏离。影响热电偶稳定性的主要因素有：

　　(1)被测物对热电偶电极的污染和腐蚀;

　　(2)热电极受外力作用而产生的变形所引起的形变应力;

　　(3)感温电极在高温下微观结构晶粒发生变化;

　　(4)热电极受暴露在空气中发生氧化等。

　　2.热电偶不均匀性的影响

　　热电偶的均匀性是指热电偶热电极材料的均匀程度。如果热电偶中的两个热电极材料是均匀的，则热电偶回路产生的热电势和两端温度差呈正相关，而与沿热电极长度的温度梯度无关。

　　3.测量温度点的选择

　　选择合适的测温点时安装热电偶时十分重要的考虑因素，选择具有代表性的测温点，对于整个生产环境具有特殊的意义。位置选择不当，则控制和计量将毫无意义。在测量点，热电偶插入的深度也对温度测量产生影响，当外部环境和被测物温度存在温度差时，热电偶上测量的温度会随着传感器的延长而与外界环境产生热交换，继而带来计量误差。由于环境温度千变万化，这种温度误差是不可估量的。除了由于插入深浅发生热传导引入的误差以外，热电偶外部保护管材质也会引入测量误差。例如金属材质的保护管，其导热性能较好，因此在测量过程中需要将其插入更深以避免热量损失。对于陶瓷材质的保护管，则需要将其插入浅一些。

　　4.响应时间的影响

　　只有被测对象和测温元件温度一致时，测温元件的温度才能稳定，此时二者达到热平衡，这是接触法测温的基本原理。被测对象和测温元件温度达到一致需要一定时间来实现，该时间的长短，主要由测温元件的热响应性能决定，即热响应时间。热响应时间受传感器的结构和计量条件影响，通过实验，不同条件下的响应时间差别很大。静止的气态介质，两者需要持续接触30分钟以上才能达到温度平衡，如静态的液体，温度平衡时间将缩短到5分钟。

　　在实际工程应用中，被测对象的温度经常是处于不断变化的状态，瞬间变化的时间很短，因此对传感器的要求也相对较高，一般要求其响应能力为ms级别。如响应能力不足，则出现测量滞后现象。因此选择传感器要选择响应速度快的。计量端直径是影响响应速度的重要因素。如果偶丝较细，则响应时间较短。

　　5.热辐射的影响

　　当用热电偶测量炉中温度时，炉内高温物体对热电偶的热辐射，会引起热电偶温度升高。如果炉内的气体假定为透明的，热电偶和炉壁之间的温差比较大时，那么能量交换之后也会带来测温方面的误差。增加热传导能够有效地降低这部分误差，让炉壁的温度和热电偶温度接近。

　　6.热阻抗增加的影响

　　当热电偶处于高温的工况环境下，气态被测介质会将保护管表层灰尘烧熔，引起保护管热阻抗增加。如果介质是熔体，那么在操作中会出现炉渣会增加热电偶响应时间，指示温度方面会变低。因此定期检查或不定时地抽检热电偶的工作状态，能够及时地发现热电偶产生的异常，减少测量误差。

　　7.热电偶丝不均质引起误差

　　根据上述测量原理，当热电偶的偶丝均质时，根据均质回路定则，长度对计量的结果没有影响。而实际情况是，厂家在进行偶丝生产时，通常会因为温度等原因，导致偶丝粗细不均，呈竹节状，甚至出现严重的打卷现象。另外在后期的加工中会出现其他问题，对热电偶进行的反复加工，会让热电偶出现畸变从而失去均质。在进行测温工作时，很多偶丝位于高温区，如果不具备均值性，且环境温度变化，那么热电偶局部就会出现寄生热电动势，从而引入误差。

　　从热电偶的基本工作原理、具体的使用方法和生产制作过程中存在的问题等方面进行深入分析，得到了热电偶温度计量产生误差的主要原因，在热电偶的制作和使用中，传感器插入位置与深浅、热电偶对温度的响应时间、环境对热电偶的热辐射、热阻抗改变、热电偶丝不均质等都是产生计量误差的主要因素，因此提升温度计量的准确度要从上述因素中减小和避免。总之，分析热电偶温度计量的误差原因，对实际工程应用具有一定的指导意义，同时，也是物联网应用技术前进的动力。