熱電偶特點及校準過程b

1、1熱電偶的特點及校準過程李欣市場技術(shù)部福祿克公司計量校準部(中國)2013-4-25Fluke Calibration2主題熱電偶的原理及特點典型校準方法熱電偶測溫元件的校準熱電偶溫度校準儀的校準Fluke Calibration3賽貝克電流金屬Fluke CalibrationT1電流金屬T24熱電偶的原理 熱電偶測溫原理Seebeck Effect 塞貝克效應(yīng)Copper 銅原理圖熱端Iron 鐵冷端T1AC冷端等效圖熱端BT2CVFluke Calibration5常見熱電偶類型及特點熱偶的分類按材質(zhì)：* 貴金屬熱偶 S/R/B* 廉金屬熱偶 K/J/E/N/T/按用途和等級* 工作用熱

2、電偶 用于測溫* 標準熱電偶 作為標準Fluke Calibration6熱電偶的表達 熱偶的表達 每種熱偶都有其特定的數(shù)學表達式（溫度與電勢的輸出關(guān)系） 其表達式是非線性的 分度表-電壓與溫度的對應(yīng)關(guān)系 檢定規(guī)程附錄Fluke Calibration7熱電偶特性曲線Fluke CalibrationSRB8貴金屬熱電偶型號名稱鉑銠10-鉑熱電偶,俗稱單鉑銠熱電偶優(yōu)點在熱電偶系列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點。它的物理，化學性能良好，熱電勢穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好，適用于氧化性和惰性氣氛中, 不需用補償導(dǎo)線進行補償缺點熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，

3、對污染非常敏感，貴金屬材料昂貴測溫范圍長期最高使用溫度為1300，短期最高使用溫度為1600鉑銠13-鉑熱電偶R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當;研究表明：R型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比S型 同上熱電偶均好長期最高使用溫度為1300，短期最高使用溫度為1600鉑銠30-鉑 在熱電偶系列中具有準確度最高，穩(wěn)定性最銠6熱電偶； 好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高雙鉑銠熱 等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可電偶 短期用于真空中，不需用補償導(dǎo)線進行補償Fluke Calibration不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛，熱電勢率較小，靈敏讀低，高溫下機械強度下降，對污染非常敏感，貴金

4、屬材料昂貴長期最高使用溫度為1600，短期最高使用溫度為1800N熱電偶E電偶J電偶T9廉金屬熱電偶型號名稱優(yōu)點缺點測溫范圍鎳 鉻-鎳 硅 線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻 不能直接在高溫下用于硫，-2001300K熱電偶性較好，抗氧化性能強，價格便宜等，能用于氧化性 還原性或還原，氧化交替惰性氣氛中 的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛中鎳 鉻硅- 鎳 線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均 不能直接在高溫下用于硫，-2001300硅熱電偶 勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜，不受短程有序 還原性或還原，氧化交替化影響等優(yōu)點,其綜合性能優(yōu)于K型熱電偶,是一種很 的氣氛

5、中和真空中，也不有發(fā)展前途的熱電偶推薦用于弱氧化氣氛中鎳 鉻-銅 鎳 熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制 不能直接在高溫下用于硫，-200900成熱電堆，測量微小的溫度變化。對于高濕度氣氛的 還原性氣氛中，熱電勢均腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。E熱電偶還 勻性較差具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性和惰性氣氛中鐵 -銅鎳 熱 線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均 正極鐵在高溫下氧化較快，-2001200勻性較好，價格便宜等, 可用于真空，氧化，還原和 故使用溫度受到限制，也 通常使用的溫度惰性氣氛中不能直接無保護地在高溫

6、 范圍為0750下用于硫化氣氛中銅 -銅鎳 熱 線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均 T型熱電偶的正極銅在高 -200350勻性較好，價格便宜等,特別在-2000溫區(qū)內(nèi)使用，溫下抗氧化性能差穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性可小于3V，經(jīng)低溫檢定可作為二等標準進行低溫量值傳遞Fluke Calibration熱電偶測溫的特點優(yōu)點測溫范圍寬結(jié)實耐用響應(yīng)時間快無須外部激勵制造容易，價格低熱偶的應(yīng)用場合高溫的測量場合精度要求不高的場合Fluke Calibration缺點準確度不高穩(wěn)定性差需要對冷端進行補償10典型熱電偶溫度檢定/校準系統(tǒng)熱偶檢定爐熱電偶測溫儀表計算機軟件冰點槽Fluke Calibra

7、tion11熱電偶測溫以及檢定中的常見問題 補償導(dǎo)線及連接正確選擇和使用 冷端補償選擇合適的冷端補償 冰點的制作要點 熱電偶檢定系統(tǒng)熱偶爐的操作熱偶爐溫場性能Fluke Calibration12補償導(dǎo)線及連接補償導(dǎo)線的作用延長測量距離補償導(dǎo)線的分類延伸型與熱偶相同的材料補償型在常溫用與熱電偶溫度特性相同的金屬線，不改變改熱偶的熱電關(guān)系 熱電偶接頭也是補償導(dǎo)線的一部分Fluke Calibration13常見補償導(dǎo)線和連接頭Fluke Calibration14熱電偶冷端溫度補償問題實際測得的溫度是工作端（熱端） V和測量端（冷端）之差：T1-T2只有測量端（冷端）為0度時，熱V1電偶測得的電

8、壓才能反映熱端的溫度外部補償：制作一個溫度為0度的 V2冷端（或者已知的溫度）內(nèi)部補償：是用儀表測量實際參考0T2T1T端溫度，將最終的測量值進行相應(yīng)的溫度補償。工作端T1AT2銅VFluke CalibrationB銅15+-0冰點槽CC CC C外部冷端補償外部冷端補償原理原理：保證 T20應(yīng)用：使用冰點槽或其他已有準確溫度值的外部熱源外部冷端補償特點準確度高需外部設(shè)備+VTC(TTC)Vo=VTC(TTC)T1-Fluke Calibration0VJ1(0) VJ2(0)VJ1(0)+VJ2(0)=0T216冰點的制作外部冷端補償，（0）檢定溫度計冰水混合物=冰點？制作冰點的要點：使用

9、純凈的水制冰不應(yīng)用手直接接觸冰或水制冰容器和盛放冰點必須用純凈的水清洗“綠豆大小”的冰粒比較理想用水“洗冰”，使并表面“發(fā)烏”水不應(yīng)過多，避免將冰浮起Fluke CalibrationX17內(nèi)部冷端補償 被測物體的實際溫度為T1，熱電偶冷端溫度為T2 V 若V1是熱偶冷端溫度為零，T1時的電壓，V2是熱偶冷端溫度為零，T2時的電壓 當熱偶冷端溫度為T2,實際測量電壓V1V2Va V1V2（1）0T2T1T 保證測量準確的方法：加上冷端補償電壓V2V1=（V1-V2）+ V2= Va + V2Fluke Calibration=實際測量電壓 + 冷端補償電壓（2）18內(nèi)部冷端補償內(nèi)部冷端補償原理

10、原理：V1 = Va + V2= 實際測量電壓 + 冷端補償電壓冷端溫度由測溫儀內(nèi)置的測溫元件測出冷端補償電壓由計算機算出。內(nèi)部冷端補償特點熱電偶正端測溫元件T2Fluke Calibration方便， 不需外部設(shè)備準確度降低 測量溫度的誤差 測溫點與連接點溫度不易一致T1熱電偶負端測溫儀19熱電偶檢定系統(tǒng) 福祿克檢定系統(tǒng)全套專用測溫設(shè)別，全部自動控制每個都是獨立系統(tǒng)，可分可合熱偶爐獨立控溫卓越溫場性能 傳統(tǒng)檢定系統(tǒng)的構(gòu)成多為多個廠家產(chǎn)拼湊合構(gòu)成的系統(tǒng)采用數(shù)字表加多路開關(guān)模式熱偶爐無法獨立控溫溫場穩(wěn)定性差高溫漏電問題Fluke Calibration20溫度校驗儀表熱電偶部分JJF 1309-

11、2011溫度校準儀校準規(guī)范規(guī)程適用于各種溫度校準儀也可以是多功能校準儀中的一部分實際上主要是過程儀表校驗儀中的溫度部分規(guī)定了有關(guān)溫度的校準方法熱電阻測量功能的校準熱電阻輸出功能的校準熱電偶測量功能的校準熱電偶測輸出功能的校準Fluke Calibration21校準溫度校準儀的熱電偶功能溫度校準儀可以測量熱電偶，顯示對應(yīng)的溫度 此時，它相當于一個熱電偶測溫儀其熱電偶測溫不確定度一般為 0.5C 2.5C溫度校準儀的參考端溫度補償功能必須校準溫度校準儀也可以按設(shè)定的溫度輸出熱電偶毫伏值 此時，溫度校準儀相當于一個工作的熱電偶其熱電偶輸出不確定度一般為 0.4C 2.5C輸出毫伏值與參考端溫度有關(guān)

12、Fluke Calibration22校準校驗儀的熱電偶測量功能校驗儀可以測量熱電偶，顯示對應(yīng)的溫度 此時，校驗儀相當于一個熱電偶測溫儀 需要向一個既對應(yīng)熱電偶參考端（過程儀表校驗儀接線端），又對應(yīng)熱電偶工作端溫度的標準毫伏值 國內(nèi)一般常采用的校準方法比較復(fù)雜 可以用7526或5502/5522作為標準，直接校準過程儀表校驗儀一般的過程儀表校驗熱電偶測溫儀可以用5502/5522校準性能好的過程儀表校驗儀電阻熱電偶測溫儀可以用7526校準5522A多功能校準器多功能校準器7526A多功能熱工校準器多功能熱工校準器Fluke Calibration23國內(nèi)一般常采用的校準方法 標準電壓源由銅導(dǎo)線

13、連接至冰點恒溫槽，再經(jīng)補償導(dǎo)線連接至校驗儀補償導(dǎo)線須根據(jù)工作溫度經(jīng)過校準修正 校驗儀按熱電偶類型設(shè)置測量功能 打開校驗儀的參考端溫度自動補償功能 設(shè)置標準電壓源輸出各校準溫度值Ts所對應(yīng)的電壓值，讀取校驗儀溫度讀數(shù)Td，計算出溫度誤差T 。5522A過程儀表校準儀（測量）Fluke Calibration熱電偶接頭補償線銅線多產(chǎn)品校準儀24e/Si國內(nèi)一般校準方法的難點 需要高性能的冰點恒溫槽冰點槽的制作、維護都很麻煩 補償導(dǎo)線須根據(jù)工作溫度經(jīng)過校準修正，得各點電壓修正值 e補償導(dǎo)線的校準修正工作量很大 計算量大查表或計算熱電偶被校溫度點的塞貝克系數(shù) Si計算熱電偶補償導(dǎo)線的電壓修正值的溫度對

14、應(yīng)值計算測量溫度誤差： T = Td （Ts + e/Si ）5522AFluke Calibration754A過程儀表過程儀表校準儀（測量）熱電偶接頭補償線銅線多產(chǎn)品校準儀25改進的校準方法一 標準電壓源由銅導(dǎo)線連接至有標準溫度計（讀數(shù)Tb）的保溫水杯，再經(jīng)補償導(dǎo)線連接至校驗儀 校驗儀按熱電偶類型設(shè)置模擬熱電偶輸出功能校驗儀的參考端溫度自動補償功能需打開 設(shè)置標準電壓源輸出各校準溫度值T1所對應(yīng)的電壓值 VoVo=V(TS)-V(Tb) 讀取校驗儀的溫度讀數(shù) Td，計算出溫度誤差：標準溫度計 Tb熱電偶接頭銅線補償線T = Td-Ts5522A多產(chǎn)品校準儀Fluke Calibration

15、754A過程儀表校準儀（測量）過程儀表校準儀（測量）室溫26改進校準方法一的優(yōu)點 不需要冰點恒溫槽，只需要一個準確測溫的保溫水杯保溫杯中的水只需要穩(wěn)定于實驗室環(huán)境溫度條件用標準溫度計準確測量杯中水的溫度，不確定度應(yīng)優(yōu)于 0.05， 補償導(dǎo)線無需校準修正由于補償導(dǎo)線兩端的溫差很小，由補償線所引入的誤差更小 計算量稍大查表計算溫度值與電壓的對應(yīng)值：V(TS)和 V(Tb)計算校準器設(shè)置輸出Vo=V(TS)-V(Tb)計算溫度測量誤差T = Td-TS熱電偶接頭補償線標準溫度計 Tb銅線5522A多產(chǎn)品校準儀Fluke Calibration754A過程儀表校準儀（測量）過程儀表校準儀（測量）室溫2

16、7改進的校準方法二 校驗儀由補償導(dǎo)線連接至溫度標準源（7526/55XX)的熱電偶輸出端 校驗儀設(shè)置為熱電偶測量功能 溫度標準源設(shè)置為對應(yīng)熱電偶輸出功能 校驗儀和溫度標準源的參考端溫度自動補償功能都需打開 設(shè)置溫度標準源為各校準溫度值TS，輸出所對應(yīng)的電壓值，讀取校驗儀的溫度讀數(shù)Td，溫度誤差為： T= Td-TS754A過程儀表校準儀（測量）過程儀表校準儀（測量） 方便,快捷,計算量??！7526A熱工多產(chǎn)品校準器熱工多產(chǎn)品校準器Fluke Calibration28用溫度標準源校準的優(yōu)點及需要注意的問題不需要冰點恒溫槽由溫度標準源提供精密參考端溫度補償7526A熱電偶不確定度0.08C也可以

17、用5522/5502校準精度稍低的過程校準器，不確定度 0.14C補償導(dǎo)線無需校準修正由于補償導(dǎo)線兩端的溫差很小，由補償線所引入的誤差更小計算量?。?T = Td-Ts = 0.1 兩個溫度讀數(shù)之差需要注意：確認標準語被校準表的準確度比例使用正確的補償導(dǎo)線754A過程儀表過程儀表校準儀（測量）Fluke Calibration5520A多產(chǎn)品校準儀29校準熱電偶輸出功能過程儀表校驗儀可以按設(shè)定的溫度輸出熱電偶毫伏值 此時，過程儀表校驗儀相當于一個工作的熱電偶過程儀表校驗儀熱電偶測溫儀不確定度一般為 0.4 2.5 輸出毫伏值與參考端溫度有關(guān) 需要提供熱電偶參考端補償,用標準電壓表/測溫儀測量毫

18、伏值8508A是最合適的標準數(shù)字多用表7526A是最合適的高精度測溫儀 與熱電偶測量功能類似，國內(nèi)一般常采用的校準方法也比較復(fù)雜Fluke Calibration7526A多功能熱工校準器多功能熱工校準器8508A標準數(shù)字多用表標準數(shù)字多用表30國內(nèi)一般常采用的校準方法 校驗儀由補償導(dǎo)線連接至冰點恒溫槽，再經(jīng)銅導(dǎo)線連接至標準數(shù)字電壓表 校驗儀按熱電偶類型設(shè)置模擬輸出功能校驗儀的參考端溫度自動補償功能需要打開 補償導(dǎo)線必須根據(jù)工作溫度校準修正 設(shè)置校驗儀輸出各校準溫度值TS所對應(yīng)的電壓值VTs ，讀取標準數(shù)字電壓表的電壓讀數(shù)V0 ，計算出溫度誤差T 。8508A高精度數(shù)字表高精度數(shù)字表熱電偶接頭

19、銅線補償線754A過程儀表校準儀（輸出）過程儀表校準儀（輸出）Fluke Calibration31國內(nèi)一般校準方法的難點 需要高性能的冰點恒溫槽冰點槽的制作、維護都很麻煩 補償導(dǎo)線須根據(jù)工作溫度經(jīng)過校準修正。補償導(dǎo)線的校準修正工作量很大 計算量比較大查表、計算熱電偶的溫度與電壓的對應(yīng)值 VTs計算測量電壓誤差 V = Vd+ e -VTs查表或計算被校溫度點的塞貝克系 SiFluke Calibration將測量的電壓誤差換算為該點的溫度誤差： T= V /Si熱電偶接頭銅線補償線754過程儀表校準儀（輸出）過程儀表校準儀（輸出）8508A高精度數(shù)字表高精度數(shù)字表32改進的校準方法一 校驗儀

20、由補償導(dǎo)線連接至一個內(nèi)有標準溫度計（讀數(shù)Tb）的保溫水杯，再經(jīng)銅導(dǎo)線連接至標準數(shù)字電壓表 校驗儀按熱電偶類型設(shè)置模擬輸出功能校驗儀的參考端溫度自動補償功能需打開設(shè)置校驗儀輸出各校準溫度值T1所對應(yīng)的電壓值VTs ，讀取標準數(shù)字電壓表的電壓讀數(shù)Vd ，查表或計算出溫度誤差：T = （V d + VTb - VTs ）/S i8508A高精度數(shù)字表高精度數(shù)字表標準溫度計Tb熱電偶接頭室溫754過程儀表校準儀（輸出）過程儀表校準儀（輸出）Fluke Calibration33改進的校準方法一的要點 不需要冰點恒溫槽，只需要一個準確測溫VTb的保溫水杯保溫杯中的水只需要穩(wěn)定于實驗室環(huán)境溫度條件用標準溫

21、度計準確測量杯中水的溫度，不確定度應(yīng)優(yōu)于 ： 0.05， 補償導(dǎo)線無需校準修正由于補償導(dǎo)線兩端的溫差很小，由補償線所引入的誤差可以忽略 計算量稍大查表計算溫度值與電壓的對應(yīng)值： VTs和 VTb計算測量電壓誤差V = Vd + VTb - VTs查表計算被校溫度點的塞貝克系數(shù)： Si計算溫度測量誤差 T = V /Si標準溫度計熱電偶接頭754過程儀表校準儀（輸出）過程儀表校準儀（輸出）Fluke Calibration室溫8508A高精度數(shù)字表高精度數(shù)字表34改進的校準方法二 校驗儀由補償導(dǎo)線連接至7526A的熱電偶測量端 校驗儀按熱電偶類型設(shè)置模擬輸出功能 7526A設(shè)置為對應(yīng)熱電偶的測溫

22、功能校驗儀和7526A的參考端溫度自動補償功能都需打開 設(shè)置校驗儀輸出各校準溫度值T1所對應(yīng)的電壓值，讀取7526A校準器的溫度讀數(shù)Td， 計算出溫度誤差： = Td-Ts754過程儀表校準儀（輸出）過程儀表校準儀（輸出） 方便、快捷，計算量??！7526A熱工多產(chǎn)品校準器熱工多產(chǎn)品校準器Fluke Calibration35改進的校準方法二的優(yōu)點不需要冰點恒溫槽由溫度標準源提供參考端溫度補償754過程儀表過程儀表校準儀（輸出）7526A熱電偶不確定度0.08也可以用5522/5502校準準確度稍低的過程校準器，不確定度 0.14C補償導(dǎo)線無需校準修正由于補償導(dǎo)線兩端的溫差很小，由補償線所引入的誤差可以忽略 計算量?。?= Td-Ts = -0.16 兩個溫度讀數(shù)之差5520A多產(chǎn)品校準儀Fluke Calibration36V1幾個值得注意的問題1.在校準熱電偶測量