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熱電偶插入深度對測溫影響
日期：2025-05-16 11:19
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摘要： 測溫點的選擇 熱電偶的安裝位置，即測溫點的選擇是*重要的。測溫點的位置，對于生產工藝過程而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測量與控制的意義。
插入深度 熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15—20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工...
測溫點的選擇 熱電偶的安裝位置，即測溫點的選擇是*重要的。測溫點的位置，對于生產工藝過程而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測量與控制的意義。
插入深度 熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15—20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數值應由實驗確定。
響應時間的影響 接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。對于氣體介質，尤其是靜止氣體，至少應保持30min以上才能達到平衡；對于液體而言，*快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所，尤其是瞬間變化過程，全過程僅1秒鐘，則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此，普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后，而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。**選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外，熱電偶的測量端直徑也是其主要因素，即偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定 【1】。 Δθ=Δθ0exp（-t/τ） （2—1） 式中 t—測量時間 S， Δθ—在 t 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃ Δθ0—“t=0” 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃ τ—時間常數 S e —自然對數的底（2.718） 因此，當t=τ時，則Δθ=Δθ0/e 即為0.368， 如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2 即為0.135。 當被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示： Δθ∞=-ατ （2—2） 式中 Δθ∞—經過足夠時間后，測溫元件引起的誤差。 由式（2—2）可以看出，響應誤差與時間常數（τ）成正比。為了提高檢定效率許多企業采用自動檢定裝置，對入廠熱電偶進行檢定，但是，該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發現如果在400℃點的恒溫時間不夠，達不到熱平衡，就容易發生誤判。
熱輻射的影響 插入爐內用于測溫的熱電偶，將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產生測溫誤差。 在單位時間內，兩者交換的輻射能為P，可用下式表示： P=σε（Tw4 - Tt4 ） （2—3） 式中 σ—斯忒藩—波爾茲常數 ε—發射率 Tt—熱電偶的溫度 , K Tw—爐壁的溫度 , K 在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體（溫度為T）,通過對流及熱傳導也將發生熱量交換的能量為P′ P′=αA（T-Tt） （2—4） 式中 α—熱導率 A— 熱電偶的表面積 在正常狀態下，P= P′，其誤差為： Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА （2—5） 對于單位面積而言其誤差為 Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α （2—6） 因此，為了減少熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度Tw ，盡可能接近熱電偶的溫度Tt。另外，在安裝時還應注意： ①熱電偶安裝位置，應盡可能避開從固體發出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面； ②熱電偶**帶有熱輻射遮蔽套。
熱阻抗增加的影響 在高溫下使用的熱電偶，如果被測介質為氣態，那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護管的熱阻抗增大；如果被測介質是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間，而且還使指示溫度偏低。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經常抽檢也是必要的。例如，進口銅熔煉爐，不僅安裝有連續測溫熱電偶，還配備消耗型熱電偶測溫裝置，用于及時校準連續測溫用熱電偶的準確度。
插入深度 熱電偶插入被測場所時，沿著傳感器的長度方向將產生熱流。當環境溫度低時就會有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產生測溫誤差。總之，由熱傳導而引起的誤差，與插入深度有關。而插入深度又與保護管材質有關。金屬保護管因其導熱性能好，其插入深度應該深一些（約為直徑的15—20倍），陶瓷材料絕熱性能好，可插入淺一些（約為直徑的10-15倍）。對于工程測溫，其插入深度還與測量對象是靜止或流動等狀態有關，如流動的液體或高速氣流溫度的測量，將不受上述限制，插入深度可以淺一些，具體數值應由實驗確定。
響應時間的影響 接觸法測溫的基本原理是測溫元件要與被測對象達到熱平衡。因此，在測溫時需要保持一定時間，才能使兩者達到熱平衡。而保持時間的長短，同測溫元件的熱響應時間有關。而熱響應時間主要取決于傳感器的結構及測量條件，差別極大。對于氣體介質，尤其是靜止氣體，至少應保持30min以上才能達到平衡；對于液體而言，*快也要在5min以上。 對于溫度不斷變化的被測場所，尤其是瞬間變化過程，全過程僅1秒鐘，則要求傳感器的響應時間在毫秒級。因此，普通的溫度傳感器不僅跟不上被測對象的溫度變化速度出現滯后，而且也會因達不到熱平衡而產生測量誤差。**選擇響應快的傳感器。對熱電偶而言除保護管影響外，熱電偶的測量端直徑也是其主要因素，即偶絲越細，測量端直徑越小，其熱響應時間越短。測溫元件熱響應誤差可通過下式確定 【1】。 Δθ=Δθ0exp（-t/τ） （2—1） 式中 t—測量時間 S， Δθ—在 t 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃ Δθ0—“t=0” 時刻，測溫元件引起的誤差，K或℃ τ—時間常數 S e —自然對數的底（2.718） 因此，當t=τ時，則Δθ=Δθ0/e 即為0.368， 如果當t=2τ時,則Δθ=Δθ0/e2 即為0.135。 當被測對象的溫度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降時,經過足夠的時間后,所產生的響應誤差可用下式表示： Δθ∞=-ατ （2—2） 式中 Δθ∞—經過足夠時間后，測溫元件引起的誤差。 由式（2—2）可以看出，響應誤差與時間常數（τ）成正比。為了提高檢定效率許多企業采用自動檢定裝置，對入廠熱電偶進行檢定，但是，該裝置也并非十分完善。二汽變速箱廠熱處理車間就發現如果在400℃點的恒溫時間不夠，達不到熱平衡，就容易發生誤判。
熱輻射的影響 插入爐內用于測溫的熱電偶，將被高溫物體發出的熱輻射加熱。假定爐內氣體是透明的，而且，熱電偶與爐壁的溫差較大時，將因能量交換而產生測溫誤差。 在單位時間內，兩者交換的輻射能為P，可用下式表示： P=σε（Tw4 - Tt4 ） （2—3） 式中 σ—斯忒藩—波爾茲常數 ε—發射率 Tt—熱電偶的溫度 , K Tw—爐壁的溫度 , K 在單位時間內,熱電偶同周圍的氣體（溫度為T）,通過對流及熱傳導也將發生熱量交換的能量為P′ P′=αA（T-Tt） （2—4） 式中 α—熱導率 A— 熱電偶的表面積 在正常狀態下，P= P′，其誤差為： Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА （2—5） 對于單位面積而言其誤差為 Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α （2—6） 因此，為了減少熱輻射誤差，應增大熱傳導，并使爐壁溫度Tw ，盡可能接近熱電偶的溫度Tt。另外，在安裝時還應注意： ①熱電偶安裝位置，應盡可能避開從固體發出的熱輻射，使其不能輻射到熱電偶表面； ②熱電偶**帶有熱輻射遮蔽套。
熱阻抗增加的影響 在高溫下使用的熱電偶，如果被測介質為氣態，那么保護管表面沉積的灰塵等將燒熔在表面上，使保護管的熱阻抗增大；如果被測介質是熔體，在使用過程中將有爐渣沉積，不僅增加了熱電偶的響應時間，而且還使指示溫度偏低。因此，除了定期檢定外，為了減少誤差，經常抽檢也是必要的。例如，進口銅熔煉爐，不僅安裝有連續測溫熱電偶，還配備消耗型熱電偶測溫裝置，用于及時校準連續測溫用熱電偶的準確度。
