慈溪市质量技术监督检验检测服务中心 浙江慈溪 315300
摘要：热电偶是目前各种测温场所普遍使用的温度传感器。在检定过程中，如果忽略各种注意事项，会产生较大的测量误差。本文对热电偶的检定过程进行了分析并提出了检定过程中容易出现的问题，最后给出了热电偶的检定经验，以便于更好对热电偶进行检定，提高热电偶的检定精度。
关键词：热电偶；检定；问题；建议
1 概述
热电偶是一种感温元件，它把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶具有测量精度高、热响应时间快、测量范围大、性能可靠、使用寿命长、安装方便等特点，是工业生产中最常用的温度传感器之一。作为一种热电转换器件，其特性的好坏和指示值准确与否直接关系到产品的质量、安全防护和能源的损耗等情况。由于应用的面广、量大，所以其测量误差太大将会整个工业生产带来巨大的损失。另外，在长期的应用过程中，热电偶的劣化现象是不可避免的，所谓热电偶的劣化，即热电偶经使用后，出现老化变质的现象。由金属或合金构成的热电偶，在高温下其内部晶粒要逐渐长大。同时合金中含有少量杂质，其位置或形状也将发生变化，而且，对周围环境中的还原或氧化性气体也要发生反应。伴随上述变化，热电偶的热电动势也将极其敏感的发生变化，产生测温误差。因此，我国计量法规定，热电偶不仅在出厂时要进行严格检验，而且在随后的使用过程中还要进行周期性的检定或监督性的检定，以判明热电偶是否满足规程的要求。
2 热电偶的检定过程分析
热电偶检定方法可采用双极比较法、同名极比较法和微分法三种方法中的任意一种，目前的热电偶自动检定系统大都采用双极比较法。它的检定过程如下设定若干个温度检定点，当检定炉在某一设定温度点稳定以后，直接测量标准热电偶和被检热电偶的热电势，并分别转换成测量温度值，计算出被检热电偶与标准热电偶在当前检定点测量的热电势误差和温度误差，判断被检热电偶是否合格，如果合格则计算出检定温度点的测温修正值。待所有设定检定点全部检定完成后，给出检定记录和检定证书。
3 热电偶检定中的常见问题
3.1 热电偶热电动势不稳定
检定中的热电偶热电动势不稳定，经过分析，可能存在的原因有以下两方面：
1)热电偶接线柱和热电极接触不良，在热电偶检定过程中如若出现这种情况，首先检查接线柱和热电极是否接触牢固可靠。
2)热电偶热电极或测量端将断未断，有断续连接现象。出现这种情况时，测量的热电动势往往不断发生漂移，极不稳定，如果断点在测量端，必须重新焊接后进行再次的检定。
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3.2 检定装置恒温不稳定或稳定时间过长
1)实验室的动力电源不稳定也会影响到炉温的控制。若影响比较频繁，则需加稳压电源，以保证电源的稳定输出。
2)如果恒温不稳定时，数字万用表的测量数据不是上下波动，而是朝一个方向变化，则可能是装置使用时间较长，检定炉的温场或其它设备的性能有些改变，需要重新调整软件中的控温参数。
3)当存在交流电压干扰时，数字万用表的测量数据会产生上下波动。由于数字万用表的测量数据不稳，使得计算机获得的测量信号不可靠，无法准确控制炉温。为了抑制来自外界的干扰，连接地线是最重要的手段。检定时，需检查数字万用表、检定炉接地是否良好。
3.3 检定结果为零
根据分析，出现这种情况可能是有以下两个因素造成的：
1)补偿导线间短路。在热电偶的检定中，出现这种情况的可能性比较大。在热电偶装炉、接线时造成补偿导线短路，此时读取的数据为零值，遇到这种情况，首先检查补偿导线，或重新更换补偿导线或使短路处重新绝缘。
2)热电偶内部出现局部短路。此时将热电偶取出，检查短路部位，存在两种情况：第一，在焊接的工作端有可能断开，热电极没有实际焊接在一起，而是简单铰接在一起，铰接没有按照标准执行，或者焊接点上是虚焊。第二，绝缘损坏，使得热电极短路，此时应该修复绝缘，再次安装检定。
3.4 通道异常
产生通道异常的原因是冷端接线有误。热电偶正负极接反，或者偶丝接触不良、断裂均会引起通道异常。需检查热电偶的接线。
3.5 热电偶稳定性
影响热电偶稳定性的因素有很多。首先是热电偶自身的影响：热电极在使用中的氧化和挥发；热电极受外力而引起变形所产生的应力；高温下热电极晶粒长大以及环境对热电极的沾污和腐蚀等。其次，检定过程中操作人员对热电偶的捆扎及作为标准器的热电偶误差均会对测量结果有直接关系。
4 热电偶的检定经验
在日常检定过程中，要根据不同类型的热电偶选择合适的升温速率、热平衡的时间。接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。
国家检定规程热电偶的插入深度有严格的规定。必须保证热电偶测量端置于检定炉最高温区，至少保证测量端置于有效的均匀温场中，，由于在实际操作中，热电偶的位置多少会有所移动，幅度过大导致插入深度不当，使得热电偶的测量端没有被置于检定炉的最高温区，造成测量结果的不准确，误差超出允许范围。因此，必须按照检定规程的要求，对热电偶重新装炉，再次进行检定。
检定结束后，先小心地把堵住炉口的石棉绳去掉，将被检热电偶和标准热电偶的接线拆除，待炉温冷却至室温后，方可撤除热电偶。这样做的目的是防止热电偶退火，以延长热电偶的使用寿命。
5 结论
为确保热电偶测温准确，保证量值传递可靠，需定期对检定炉进行清理及温场校准，检查各连接端紧固情况，认真做好装置的重复性、稳定性试验。同时，要对标准热电偶进行监督性校验，及时检查其在检定周期内是否仍保持应有的稳定性，以确保检定传递质量。总之，设备有了良好的维护，检定人员细心操作，测量结果的质量将会更可靠。
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作者简介：
郑淞，男，1976年08月，慈溪市质量技术监督检验检测服务中心，工程师，研究方向：计量检定、校准与产品测试。
论文作者:郑淞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/15
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