Merilne napake termoelementa in previdnostni ukrepi

Povzetek: Termočleni so eden najpreprostejših in najpogostejših temperaturnih senzorjev. Če pa se med uporabo ne jemlje resno, lahko pride do večjih merilnih napak. Glede na obstoječa vprašanja glavni dejavniki, ki vplivajo na merilne napake, vključujejo globino vstavitve termočlena, odzivni čas, toplotno sevanje in toplotno impedanco, pa tudi neenakomerne žice termočlena, napake pretoka v oklepnih termočlenih, selektivno oksidacijo termočlenov tipa K, K-stanje , delovna atmosfera, izolacijska upornost in degradacija termočlenov. Med uporabo je treba upoštevati previdnostne ukrepe. Za izboljšanje natančnosti meritev in podaljšanje življenjske dobe termočlenov je do neke mere koristno.
predstaviti
V obstoječih sistemih za merjenje temperature se najpogosteje uporabljano temperaturno tipalo – termočlen, zaradi enostavne zgradbe pogosto zamenjuje za »termočlen z dvema žicama, ki je povezan z omaro«, vendar v resnici ni. Čeprav je zgradba termočlenov preprosta, še vedno obstajajo različne težave, ki se lahko pojavijo med uporabo. Na primer, nepravilna namestitev ali uporaba lahko povzroči večje merilne napake in celo kvalificirano testiranje termočlenov je lahko posledica nepravilnega delovanja in okvare, kot je naogljičenje v redukcijski atmosferi. Če jih ne jemljemo resno, lahko termočleni tipa K presežejo tolerance zaradi selektivne oksidacije.
Da bi izboljšali natančnost meritev, zmanjšali merilne napake in podaljšali življenjsko dobo termoelementov, morajo uporabniki imeti ne le veščine upravljanja instrumentov, ampak tudi znanje fizike, kemije in materialov. Na podlagi dolgoletne prakse in podrobnejšega sklicevanja na relevantne informacije, merilne napake termočlenov in njihovi preventivni ukrepi.
2. Učinek heterogenosti žic termočlena
(1) Sam material termočlena je neenakomeren
Termoelemente testiramo v merilni sobi, po pravilniku pa je globina vstavitve v testno peč le 300 mm. Zato lahko rezultati preskusa vsakega termočlena odražajo ali odražajo samo obnašanje, ki se začne z meritvijo 300 mm dolge žice termočlena. Če pa je dolžina termočlena velika, je večina dvojnih žic v visokotemperaturnem območju. Če je žica termočlena enotna, so rezultati meritev neodvisni od dolžine v skladu s pravilom enotne zanke. Vendar pa lahko neenakomerne žice termočlenov, zlasti nizko kakovostne kovinske žice termočlenov, ustvarijo lokalne termoelektrične elektromotorne sile pod temperaturnimi gradienti, znane kot parazitske elektromotorne sile. Napaka, ki jo povzroča parazitski potencial, se imenuje napaka heterogenosti.
V obstoječih validacijskih programih za termočlene iz plemenitih kovin in nizko legiranih termočlenov heterogenost termočlenov še ni bila zagotovljena in samo v standardih žic za termočlene imajo žice za termočlene nekatere neenake zahteve. Izračunajte toplotno elektromotorno silo s preskusno metodo od glave do repa. Konvencionalni obrati za proizvodnjo žice s termočleni ustvarjajo neenakomerno termoelektrično elektromotorno silo v skladu z nacionalnimi standardi, da izpolnijo zahteve izdelkov.
(2) Žice termočlenov so izdelane iz različnih materialov
Za termočlene novega sistema, tudi če lahko neenakomerna toplotna EMF izpolni zahteve, lahko ponavljajoča se obdelava povzroči popačenje obdelanih upognjenih termočlenov, ki bodo izgubili enotnost. Poleg tega se zaradi dolgotrajne uporabe sodo oštevilčenih žic pri visokih temperaturah, kot so termoelementi, vstavljeni v industrijske peči, razgradijo ali celo ožičijo v smeri dolge žice. Ko se temperatura dvigne, se razgradnja poveča. Ko je komponenta na mestu, kjer se temperaturni gradient zmanjša, lahko zaradi parazitskih merilnih napak ustvari tudi elektromotorno silo, ki je prekrita s skupno toplotno EMF.

3. Shunt napaka oklepnih termočlenov
(1) Napaka preusmeritve
Peč za naogljičenje skupine Huaju, opremljena z oklepnimi termočleni, je dovoljena le en teden. Da bi raziskal razloge, je avtor odšel na lokacijo in pregledal in ni našel nepravilnosti, zato so morali rezultate testa vzeti iz merilne sobe in ugotovili, da so kvalificirani. Torej v čem je problem? Končno je bilo na podlagi značilnosti nameščenih termočlenov na kraju samem ugotovljeno, da je težavo povzročila nepravilna preusmeritev oklepnih termočlenov.
Tako imenovana napaka šanta se meri z oklepnimi termočleni. Ko temperatura srednjega dela termočlena preseže 800 stopinj C zaradi zmanjšanja izolacijske upornosti, termočlen kaže nenormalen pojav, ki se imenuje napaka šanta. V skladu z načelom enakomernega vezja je merjenje temperature s termočlenom povezano le s temperaturo na obeh koncih merilnega in referenčnega konca ter je neodvisno od porazdelitve temperature na sredini. Vendar pa zaradi dejstva, da je izolacija oklepnih termoelementov prašek MgO, temperatura naraste za 100 stopinj C, izolacijska upornost pa se zmanjša za red velikosti. Ko je srednji del pri visoki temperaturi, mora priti do toka uhajanja, kar povzroči napako razvejanja izhodnega potenciala termočlena.
(2) Pogoji napake preusmeritve
Oklepni termočlen, vstavljen v peč, specifikacije in eksperimentalni pogoji: premer ф 4,8 mm, dolžina 25 m, z dolžino območja centralnega ogrevanja 20 m in temperaturo 1000 stopinj. V tem poskusu je temperaturna razlika med meritvijo termočlena in srednjim delom 200 stopinj. Če je temperatura na merilnem koncu višja od srednjega dela, bo prišlo do negativne napake; Nasprotno, ustvari se pozitivna napaka. Če je temperaturna razlika med obema 200 stopinj C, je preusmeritvena napaka približno 100 stopinj C. Tega ni mogoče prezreti, saj dejavniki, kot so pogoji napake šanta ter vrsta in premer oklepnih termočlenov [2]
Vplivni dejavniki in protiukrepi napake preusmeritve
Treba je razumeti vplivne dejavnike napak pri preusmerjanju in sprejeti ustrezne ukrepe za zmanjšanje ali odpravo vpliva napak pri preusmerjanju. Rezultati kažejo, da napako šanta oklepnih termoelementov povzroča visoka temperatura.
(1) Premer oklepnega termočlena
Pri oklepnih termoelementih tipa K z dolžino 9 m (izolacija MgO) se segreje samo srednji del termoelementa. Eksperimentalni rezultati kažejo, da je velikost napake preusmeritve obratno sorazmerna s kvadratnim korenom njegovega premera (premer je premajhen, da bi ustrezal temu pravilu), kar pomeni, da manjši kot je premer, večja je napaka preusmeritve.
Ko osrednja temperatura preseže 800 stopinj, lahko oklepni termočleni f 3,2 mm povzročijo napake šanta. Vendar pa f 6,4 mm in ф Ko je srednja temperatura 8 mm oklepnega termoelementa 900 stopinj, napaka šanta še ni bila zaznana. približno ф 6,4 mm (premer vroče linije Φ 1,4 mm) in ф 8 mm (premer grelne žice je ф 2,0 mm oklepni termočlen ustvari premer, ko je temperatura v srednjem delu 1100 stopinj f 8 mm oklepni termočlen. Napaka preusmeritve je samo ф Polovica 6,4 mm. Vrednost (50 %) je blizu kvadrata premera žice dveh oklepnih termočlenov (1,42/2,02), kot tudi kvadratnega razmerja premera žice elektrode, ki je razmerje upora žične elektrode Zato je treba za zmanjšanje napak preusmeritve izbrati premer oklepnega termočlena.

(2) Temperatura srednjega dela
Če temperatura v srednjem delu preseže 800 stopinj, lahko pride do napake preusmeritve, njena velikost pa se bo eksponentno povečevala z naraščanjem temperature. Zato se je treba drugim delom, razen merilnemu koncu, čim bolj izogibati nad 800 stopinj.
1) Dolžina in položaj ogrevalnega območja v srednjem delu
Ko je temperatura v sredini ogrevalnega območja višja od 800 stopinj, daljše kot je ogrevalno območje in dlje kot je od merilnega konca, večja je napaka preusmeritve. Zato mora biti dolžina grelnega traku čim krajša in se ne sme segrevati z merilnega konca, da se zmanjšajo napake preusmeritve.
(3) Odpornost žic termočlena
Ko je premer oplaščenega termoelementa enak, se napaka šanta poveča, ko se poveča upor žice termoelementa. Zato je bolje uporabiti žice termoelementov z majhnim uporom. Na primer, v primerjavi s termočleni tipa K bodo oklepni termoelementi tipa S z enakim premerom zmanjšali napako šanta za 40 %. Zato se lahko termočleni tipa S uporabljajo za merjenje porazdelitve temperaturnega polja peči, kar je drago, vendar bolj natančno.
(4) Izolacijska upornost
Pri visokih temperaturah se upornost oksidov z naraščajočo temperaturo eksponentno zmanjšuje. Napaka šanta je v glavnem odvisna od izolacijskih značilnosti visokotemperaturnih komponent. Nižja kot je izolacijska upornost, lažja je napaka šanta. Ko se izolacijska upornost poveča za 10-krat ali zmanjša na 1/10, se napaka šanta zmanjša na 1/10 ali 10-krat. Da bi zmanjšali napake preusmeritve, je treba čim bolj uporabljati oklepne termoelemente za povečanje debeline izolacije. Če so zgornji ukrepi neučinkoviti, je treba uporabiti sestavljene termočlene.
5. Urejene strukturne spremembe kratkega dosega (stanje K)
Termočleni tipa K v temperaturnem območju 250 stopinj -600 stopinj tvorijo urejene strukture kratkega dosega zaradi sprememb v njihovi mikrostrukturi, kar lahko vpliva na termoelektrični potencial in napako, znano kot K-stanje [3]. To je edinstvena sprememba mreže Ni Cr zlitine. Ko je vsebnost Cr znotraj območja 5-30%, pride do prehoda urejenega nereda v atomski mreži. Napake, ki jih povzročajo spremembe vsebnosti Cr in temperature. Termočlen tipa K segrejte s 300 stopinj na 800 stopinj in ga odstranite na točki 50 stopinj, da izmerite potencial. Pri 450 stopinjah največje odstopanje doseže 4 stopinje, znotraj obsega 350-600 stopinj pa je to pozitivno odstopanje. Zaradi prisotnosti K-stanja so rezultati preskusov dviga temperature ali hlajenja termoelementov tipa K nedosledni. Zato je v nizkocenovnem programu preverjanja termočlenov jasno določeno, da je preskusno zaporedje: temperaturni preizkus točka za točko od nizke temperature do visoke temperature. Poleg tega pri preskusni točki 400 stopinj učinek prenosa toplote ni le slab in je težko doseči toplotno ravnovesje, ampak se pojavlja tudi znotraj največjega obsega napake stanja K. Zato skrbno presodite, ali je točka kvalificirana.
Pojav urejenih strukturnih sprememb kratkega dosega v Ni Cr zlitinah ne obstaja le v K-tipu, ampak tudi v pozitivni elektrodi termoelementov E-tipa. Vendar je termoelement tipa E le 2/3 termoelementa tipa K kot različica. Skratka, stanje K je povezano s temperaturo in časom, odstopanje pa se bo močno spremenilo, ko se spremeni porazdelitev temperature ali položaj termočlena. Velikost odstopanja je težko natančno oceniti.