铠装热电偶的分流误差

　　前言

　　在我国，铠装热电偶是20世纪60年代发展起来的测温元件。它是将带有绝缘物的热电偶丝装入金属套管内，三者经特殊工艺拉制而成的坚实整体;再将铠装热电偶线材，按用户需要截断，对其测量端及参考端加工，即制成铠装热电偶。

　　由于铠装热电偶结构紧凑，直径很细，绝缘层薄。绝缘物MgO 在高温下绝缘电阻降低，引起分流误差等问题。常被人们忽视，但影响测量精度与使用。目前，正在引起人们的重视。

　　1 分流误差产生条件

　　1.1 分流误差

　　用铠装热电偶测量炉内温度分布时，采用的热电偶有时长达数10米，敷设在炉内，如果炉内中间部位温度超过800℃，并有温度梯度存在时，那么，铠装热电偶的示值将可能出现异常，通常将此种异常现象称为铠装热电偶的分流误差。它的大小并非定值，它与铠装热电偶的种类、直径、使用情况、温度分布、绝缘物的种类及状态有关。本文参照日本学术振兴会研究报告，结合自己的实践予以说明。

　　1.2 分流误差产生条件

　　将铠装热电偶水平插入炉内，如图1所示。其规格及实验条件如下：直径φ4.8mm,长度为25m，中间部位加热带的长度为20m，温度为1000℃。 该实验中，热电偶的测量端与中间部位的温差为200℃。如果测量端温度高于中间部位，产生负误差;相反，则产生正误差。如果两者的温差为200℃，那么，分流误差约为100℃。这是绝对不能忽视的，分流误差的产生条件与铠装热电偶种类和直径等因素有关。(见表1)

　　2 分流误差的产生机理

　　由测温原理可知，分流误差与热电偶热电动势的产生密切相关，产生分流误差的概念如图2所示。当热电偶处于温差为Δt的场合下(见图2)，将产生热电动势ΔE：

　　假设K 型铠装热电偶，沿偶丝长度方向有电位时(见图4)。对于温度一定部位，其热电动势不变，但对有温度梯度存在的部位，其热电动势将发生变化。

　　同理，当中间部位温度较高时，在热电偶偶丝之间保持绝缘的条件下，其电位分布如图5所示。这种场合中，由于中间部位温度高，且有温差存在，热电偶丝间必将产生电位差。

　　在高温下，当采用绝缘 M g O时，温度每升高100℃，其绝缘电阻将下降一个数量级，因此，当中间部位温度高时，必定有漏电电流产生，该漏电电流将在热电偶的闭合回路内流动。当图5中D1部位的电位梯度很小时，其电位分布将如图6所示，而电位梯度 UD2的大小保持不变。因此，由绝缘电阻下降所引起的变化，将在热电偶的输出热电动势中以分流误差的形式体现出来。分流误差的大小与热电偶的种类、直径、热电偶丝间绝缘电阻，分流部位与测量端的距离等因素有关。以上定性的探讨了分流误差的产生，如果定量的探讨热电偶的分流误差，只能通过热电偶的等效电路进行计算。