热电偶和热电阻测温的误差分析

    接触法测温是钢铁企业应用最广泛的一种测温法。热电偶的热电阻是接触法测温的主要测温元件,它们的工作原理是利用测温元件与介质进行热交换,达到热平衡后,用测温元件本身的温度代表所测介质温度。根据传热学理论,测量存在着热传导和热辐射误差。同时,还存在测温元件本身的基本误差以及二次仪表、补偿导线和引线电阻等方面的误差。本文对比进行总结介绍,供有关人员参考。

    1　热传导所引起的测温误差

    如图1所示,用测温元件(热电偶和热电阻)保护套管插入设备内测温,介质温度为t₁,测温元件工作端温度为t₂,外部环境温度为t₀,保护

管长度为L。根据传热学稳定工况有限长空心管导热公式,得到测量的绝对误差Δt_d为式中,

    α──被测介质与套管的给热系数

    λ──导热系数

    δ──空心套管壁厚

    由上式可知,为减小测量误差,应尽量减小(t₁-t₀);增加插入深度L;减小套管壁厚δ。所以,在热电偶或热电阻安装时,应尽寺加插入深度(采用倾斜安装方式),减小外露部分长度,且对外露部分进行保温(使t₀增加,(t₁-t₀减小)。

    同时,由于介质流动状态对传热有很大影响紊流状态下,传热的热阻较小,所以测温元件易于安装在紊流区,即流速较大的地方。

    2　热辐射所引起的测温误差

    从辐射传热理论知道,处于透明介质周围的物体表面,不论其温度高低,都经常以电磁辐射的形式,向周围发散能量。因此,在实际测量中,存在测温元件的热接点与容器壁(或设备)

之间的热辐射。由斯泰芬-玻尔兹曼(Stefn-Boltzmana)定律,容易计算由于热辐射原因所造成的测温元件误差Δt_f为:

式中,

    T₁──被测介质温度

    T₂──测温元件温度

    T₀──被测容器壁温度

    ε──黑度系数

    σ──斯泰芬-玻尔兹曼常数

    α0──被测介质与测温元件间的对流换热系数

    由上式可知,为减小测温误差,应设法减小测温元件与周围容器壁之间的辐射换热量。可以在测温元件外加遮热筒罩。此外,Δt_f与α₀成反比,为提高α₀,对温度接点附近的气流可采取强制吸引以增加流速。因此,在精度要求较高的场合,常采用抽气式热电偶测温。

    3　基本误差

    基本误差是指测温元件在规定的参比工作条件下确定的误差。

    (1)热电偶的基本误差

    热电偶的分度常采用标准分度表分度,而标准分度表是根据我国有代表性生产热电偶偶丝厂生产产品的实测结果及考虑各方面因素确定下来的,这必然和实际热电偶的热电势存在误差,而且偶丝的材料分布不均等因素,都会引起误差。这就是热电偶的基本误差。每种热电偶的产品说明书中,都给出此项误差。