热电偶在使用过程中的误差分析及改善措施

　　1　冷端温度误差

　　根据“国际实用温标——1968”修正的热电偶分度表是在热电偶冷端温度等于0℃的条件下测得的。在实际测量当中,由于冷端温度常随周围环境的变化而变化,将产生测量误差,因此必须采用修正措施。

　　修正方法具体如下:

　　在工作中如果冷端不是0℃而是某一恒定温度T0,当热电偶工作在温差为(T,T0)的环境时,其输出电热为E(T,T0)。将电热换算到冷端0℃时为:

　　E(T,0)=E(T,T₀)+E(T₀,0)

　　也就是说,在冷端温度为不变的T0时,要修正到冷端为0℃的电势,应再加上一个修正电势——即此热电偶工作在T0与0℃之间的电势值E(T0,0)。

　　2　传热误差

　　热电偶测温是通过与被测介质之间的能量交换。热电偶吸收了被测介质的热量以提高自身的温度,同时又向周围散失热量。当热交换平衡时,热电偶的测量端得到一个稳定的温度值。而由于热量的散失,热电偶测量端的温度低于被测介质的温度,这个温度差便称为传热误差。它是由对流,辐射,传导三种基本的热交换方式造成的。

　　3　动态误差

　　当热电偶测量温度时,由于热接点具有一定的热容量,则热接点从T0提高温度到稳定值T需要一定的时间,即热接点的温度变化,在时间上总是滞后于被测介质的温度变化。这种由于热惯性引起的温度偏差值,称为动态响应误差。

　　其实,任何传感器都有这种影响动态特性的因素,只不过它们的表现形式和作用程度不同而已。

　　3.1　热电偶的动态误差

　　若热电偶无保护套管(即裸丝热电偶),传热方式仅为对流换热。假使热交换中无热损失,则热接点的热平衡方程为:

　　令,代入式中得:①……

　　其中:α——热平衡常数;

　　ρ——热接点材料密度;

　　ν——热接点体积;

　　τ——热电偶时间常数;

　　c——热接点比热;

　　T——介质实际温度;

　　s——热接点表面积。

　　3.1.1　测量恒定温度

　　将热电偶从室温T0迅速插入温度为T的温度场中(插入时间忽略不计),有

　　式中:t——时间;

　　τ——热电偶时间常数;

　　Tj——热接点温度;

　　T——介质温度;

　　T0——热接点初始温度。

　　若时间t=0,则T0=0,

　　那么　　②…………………