摘要：热电偶是一种广泛用于自动控制的温度传感器，由于其结构简单，安装使用方便，在各个工业中都得到了广泛的应用。为确保热电偶安全、准确、长周期地工作，对其在使用过程中产生的各类误差进行了分析，并指出了在选择热电偶时容易忽视的几个问题，并对产生这种误差的成因进行了探讨，旨在为热电偶的准确选用和高精度的测量提供参考。 关键词：热电偶；误差；影响因素
0引言
热电偶是目前工业测温中应用最为广泛的一种，它和铂热电阻器一样，占据了60%的温度传感器。热电偶结构简单，性能稳定，温度范围广，温度测量精度高，使用方便，在机械工业生产和科研中，被广泛地用于温度测量和控制。根据热电偶的材质和结构，可以分为很多种，正确选用和安装热电偶是热电偶合理应用的先决条件。
1热电偶的工作原理
热电偶是一种通过两种不同的导线，在不同的温度下发生温差的原理来进行温度测量，它还可以把热量转化成电能，并通过热电势来测量温度。热电偶的热电势要考虑以下问题：① 热电偶的温差是热电偶两端的温度函数，而非两端温差的函数；② 热电偶所产生的热电势，在温度分布均匀的情况下，不依赖于热电偶的长度和直径，而仅取决于其材料组成和温度的变化；③ 在确定热电偶的两个热电偶的组成时，热电偶热电势仅取决于其温差，当温差电偶的冷端温度不变时，热电偶的温差只是其工作温度的单值函数。
2 影响热电偶测量误差的主要因素
2.1 插入深度的影响
温度测量点的选取：热电偶的安装地点，也就是温度测量点的选取较为重要。在生产过程中，温度测点的设置必须要有典型性和代表性，否则就会丧失测量和控制的意义；埋入深度：将热电偶插入检测点后，沿其纵向将会产生热流，在较低温度的环境中，会出现热量损耗，导致热电偶与受检物体的温度不相符，从而造成测量结果的偏差。由于导热造成的错误，与插入的深度相关。而埋入的深度则取决于防护管道的材料。由于具有良好的热传导性，金属保护管的埋入深度应当更深（直径的15~20倍），陶瓷材料具有良好的隔热性
能，可以较浅地插入（直径的10~15倍）。在工程温度测量中，它的插入深度也与被测物体是否处于静态或流动状态相关，例如流体或高速气流的温度测量，不会受到以上限制，插入的深度可以较浅，具体的数值应该通过试验来决定。
2.2响应时间的影响
接触法测温的基本原则是测量原件与受检者之间的温度保持一致。为了实现温度的均衡，测量温度必须维持一段时间，温度计的持续时间与温度传感器的热响应时间有关，而热敏反应时间则与传感器的结构和测试条件有关。在气体介质中，特别是静态的气体中，要维持30分钟以上，使之达到平衡状态；液体测量至少要超过5分钟。当测量地点的温度变化较大时，特别是瞬变时，整个测量过程只需1秒，传感器的反应速度就达到了毫秒。传统的温度传感器不但无法满足被测物体的温度变化速率，还可能因为无法达到热平衡而造成测量误差。最好是采用快速反应的感应器。对热电偶，除了受保护管的影响外，其测量端径也起着重要作用，即偶丝越细，测量端径就越小，热响应时间就会缩短。可以用以下公式来确定温度测量元件的热响应误差：
式中：t—测量时间s。—在t 时刻，测温元件引起的误差，K或℃。垂直风道机箱 ：t=0时刻，测温元件引起的误差。
K 型热电偶的℃，毛毡带时间常数s，e自然对数的底（2.718），因此，当 t=时，则 =药盒 即为 0.368，如果当 t=2时，则 = 即为 0.135。当被测对象的温度，以一定的速度α（k/s 或℃/s）上升或下降时，经过足够的时间后，所产生的响应误差可用下式表示：
式中—经过足够时间后，测温元件引起的误差。
2.3 www.99ctct热辐射的影响
为了测量温度，把热辐射注入到炉中，使其发热。假设炉膛中的气体为透明状态，并且热电偶与炉膛之间存在很大的温差，会导致热量的变化。这两种能量在单位时间内交换的能量是 P，其表达方式如下：
式中斯忒藩波尔兹常数。发射率，Tt 热电偶的温度。KTw-炉壁的温度，K 在单位时间内，热电偶同周围的气体（温度为 T）。
因此，要减小热辐射误差，就必须增加热传导，并且炉壁温度 Tw尽量靠近热电偶的温度 Tt。这也是由于热阻提高的原因，在温度较高的情况下，当被测试的介质是气体时，保护管表面的尘埃等会被熔化，从而提高了保护管道的热阻；若测试介质为熔融状态，则在操作中会产生炉渣，这不但会降低热电偶的反应速度，也会降低指示温度。所以，在进行定期检查的同时，还要对其进行定期的检验，以降低误差。比如，引进的铜炉既有温度计，又要有消耗性的热电偶温度计，并对热电偶进行适时校正。骨刺消痛膏
2.4 热电偶丝不均质影响
热电偶材料自身的非均匀热电偶在计量室内检测时，按照规定其插入检测炉的深度仅为300 mm。所以每个热电偶的检定结果，都只反映了从测量端起300 mm长偶丝的热电特性，但随着热电偶长度的增加，大多数都在高温区域，若热电偶是均匀的，根据均质回路定律，其测量值不依赖于长度。但热电偶丝不均匀，特别是劣质金属热电偶丝的均匀性差，且在温度梯度大的情况下，这样它的局部就会产生一种叫做寄生电位的电势。由于寄生电位而产生的错误叫做不均质误差。目前，贵金属热电偶的计量规范中还没有对热电偶的不均质进行规范，仅在热电偶丝规范中对热电偶的非均匀性提出了一些要求。利用头—
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尾检验方法，对廉金属热电偶进行了非均匀的热电动势测量。正规的热电偶丝生产厂家，按照国家规定，生产出符合规定的热电动势产品。
2.6 补偿导线使用不当引入的误差
采用补偿导线，将热电偶的参考端延伸到更稳定的温度条件下，进行校正，使该参考端成为一个新的参考端，其温度变化非常小。从根本上讲，它不能完全消除由于基准温度不能满足0℃要求而产生的误差，因此必须与其他校正方法相配合。在采用补偿线时，必须选用与热电偶分度号相符的导线，并确保将补偿线的正负极与热电偶的正、负极相连，如果补偿线的使用不当，造成引线电阻未被消除，导致测量结果的误差会很大。另外，在补偿线和热电偶的接触点上，要保证其温度在0~150℃范围内，否则会造成新的测量误差。
3 结语
热电偶作为一种广泛应用于科学和生产中的温敏元件，其结构简单，但在实际应用中，如果不加以重视，仍然会造成很大的误差。热电偶的选型和实际使用中仍有很多问题要解决，如选择热电偶分度号、测温点的定位、埋设深度、温度补偿、热响应时间、热阻抗、
热电偶劣化等。在今后使用热电偶传感器时，若能合理地选择合适的温度计，并能有效地解决温度误差，则能提高其测量精度，从而有效地延长热电偶的使用寿命。
参考文献
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