熱電偶的特點及校準(zhǔn)過程b

1熱電偶的特點及校準(zhǔn)過程李欣市場技術(shù)部福祿克公司計量校準(zhǔn)部(中國)2013-4-25FlukeCalibration2主題?熱電偶的原理及特點?典型校準(zhǔn)方法―熱電偶測溫元件的校準(zhǔn)―熱電偶溫度校準(zhǔn)儀的校準(zhǔn)FlukeCalibration3賽貝克電流

金屬１FlukeCalibrationT1

電流金屬２T24熱電偶的原理

?熱電偶測溫原理

―SeebeckEffect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BT2CVFlukeCalibration5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*工作用熱電偶?用于測溫*標(biāo)準(zhǔn)熱電偶?作為標(biāo)準(zhǔn)FlukeCalibration6熱電偶的表達?熱偶的表達?每種熱偶都有其特定的數(shù)學(xué)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FlukeCalibration7熱電偶特性曲線FlukeCalibrationSRB8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(zhǔn)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(xué)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，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(dāng);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(zhǔn)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FlukeCalibration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，貴金屬材料昂貴長期最高使用溫度為1600℃，短期最高使用溫度為1800℃N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，-200~1300℃K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，-200~1300℃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，-200~900℃

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，-200~1200

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范圍為0~750℃

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-200~350℃

勻性較好，價格便宜等,特別在-200~0℃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±3μV，經(jīng)低溫檢定可 作為二等標(biāo)準(zhǔn)進行低溫量值傳遞FlukeCalibration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FlukeCalibration

缺點

準(zhǔn)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(zhǔn)系統(tǒng)熱偶檢定爐熱電偶測溫儀表計算機軟件冰點槽FlukeCalibration11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FlukeCalibration12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FlukeCalibration13常見補償導(dǎo)線和連接頭FlukeCalibration14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VFlukeCalibrationB銅15+-0℃冰點槽CCCCC外部冷端補償

?外部冷端補償原理

―原理：保證T2＝0 ―應(yīng)用：使用冰點槽或其他已有準(zhǔn)確溫度值的外部熱源

?外部冷端補償特點

―準(zhǔn)確度高

―需外部設(shè)備

+VTC(TTC)Vo=VTC(TTC)T1-FlukeCalibration

0°VJ1(0°)VJ2(0°) [VJ1(0°)+VJ2(0°)=0]T216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FlukeCalibrationX√17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T2V?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(dāng)熱偶冷端溫度為T2,

實際測量電壓V1V2Va＝V1–V2（1）0T2T1T?保證測量準(zhǔn)確的方法：加上冷端補償電壓V2

V1=（V1-V2）+V2 =Va+V2FlukeCalibration=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

―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T2FlukeCalibration―方便，不需外部設(shè)備―準(zhǔn)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(fù)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FlukeCalibration20溫度校驗儀表——熱電偶部分

?JJF1309-2011《溫度校準(zhǔn)儀校準(zhǔn)規(guī)范》

―規(guī)程適用于各種溫度校準(zhǔn)儀

―也可以是多功能校準(zhǔn)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(zhǔn)方法

―熱電阻測量功能的校準(zhǔn)

―熱電阻輸出功能的校準(zhǔn)

―熱電偶測量功能的校準(zhǔn)

―熱電偶測輸出功能的校準(zhǔn)FlukeCalibration21校準(zhǔn)溫度校準(zhǔn)儀的熱電偶功能

?溫度校準(zhǔn)儀可以測量熱電偶，顯示對應(yīng)的溫度

?此時，它相當(dāng)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(zhǔn)儀的參考端溫度補償功能必須校準(zhǔn)

?溫度校準(zhǔn)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(zhǔn)儀相當(dāng)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)FlukeCalibration22校準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)毫伏值

?國內(nèi)一般常采用的校準(zhǔn)方法比較復(fù)雜

?可以用7526或5502/5522作為標(biāo)準(zhǔn)，直接校準(zhǔn)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(zhǔn)

―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(zhǔn)

5522A多功能校準(zhǔn)器

7526A多功能熱工校準(zhǔn)器FlukeCalibration23國內(nèi)一般常采用的校準(zhǔn)方法

?標(biāo)準(zhǔn)電壓源由銅導(dǎo)線連接至冰點恒溫槽，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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電壓源輸出各校準(zhǔn)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(zhǔn)儀（測量）FlukeCalibration熱電偶接頭

補償線銅線多產(chǎn)品校準(zhǔn)儀24e/Si國內(nèi)一般校準(zhǔn)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(zhǔn)修正，得各點電壓修正值e

―補償導(dǎo)線的校準(zhǔn)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應(yīng)值

―計算測量溫度誤差：T=Td–（Ts+e/Si）

5522AFlukeCalibration754A過程儀表校準(zhǔn)儀（測量）熱電偶接頭

補償線銅線多產(chǎn)品校準(zhǔn)儀25改進的校準(zhǔn)方法一

?標(biāo)準(zhǔn)電壓源由銅導(dǎo)線連接至有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)電壓源輸出各校準(zhǔn)溫度值T1所對應(yīng)的電壓值Vo Vo=V(TS)-V(Tb)?讀取校驗儀的溫度讀數(shù)Td，計算出溫度誤差：

標(biāo)準(zhǔn)溫度計Tb

熱電偶接頭

銅線 補償線

T=Td-Ts

5522A多產(chǎn)品校準(zhǔn)儀FlukeCalibration754A過程儀表校準(zhǔn)儀（測量）室溫26

改進校準(zhǔn)方法一的優(yōu)點?不需要冰點恒溫槽，只需要一個準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溫度計準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溫度計Tb

銅線

5522A多產(chǎn)品校準(zhǔn)儀FlukeCalibration754A過程儀表校準(zhǔn)儀（測量）室溫27改進的校準(zhǔn)方法二

?校驗儀由補償導(dǎo)線連接至溫度標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)源設(shè)置為對應(yīng)熱電偶輸出功能

?校驗儀和溫度標(biāo)準(zhǔn)源的參考端溫度自動補償功能都需打開

?設(shè)置溫度標(biāo)準(zhǔn)源為各校準(zhǔn)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(zhǔn)儀（測量）?方便,快捷,計算量?。?/p>

7526A熱工多產(chǎn)品校準(zhǔn)器FlukeCalibration28用溫度標(biāo)準(zhǔn)源校準(zhǔn)的優(yōu)點及需要注意的問題

?不需要冰點恒溫槽

―由溫度標(biāo)準(zhǔn)源提供精密參考端溫度補償―7526A熱電偶不確定度0.08C

―也可以用5522/5502校準(zhǔn)精度稍低的過程校準(zhǔn)器，不確定度0.14C?補償導(dǎo)線無需校準(zhǔn)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?計算量小：T=Td-Ts=0.1℃

兩個溫度讀數(shù)之差

?需要注意：

―確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)語被校準(zhǔn)表的準(zhǔn)確度比例

―使用正確的補償導(dǎo)線

754A過程儀表

校準(zhǔn)儀（測量）FlukeCalibration

5520A多產(chǎn)品校準(zhǔn)儀29校準(zhǔn)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(dāng)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(biāo)準(zhǔn)電壓表/測溫儀測量毫伏值

―8508A是最合適的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)方法也比較復(fù)雜FlukeCalibration7526A多功能熱工校準(zhǔn)器8508A標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字多用表30國內(nèi)一般常采用的校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)修正

?設(shè)置校驗儀輸出各校準(zhǔn)溫度值TS所對應(yīng)的電壓值VTs，讀取標(biāo)準(zhǔn)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

熱電偶接頭

銅線 補償線

754A過程儀表校準(zhǔn)儀（輸出）FlukeCalibration31國內(nèi)一般校準(zhǔn)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(zhǔn)修正。

―補償導(dǎo)線的校準(zhǔn)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SiFlukeCalibration―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(zhǔn)儀（輸出）8508A高精度數(shù)字表32改進的校準(zhǔn)方法一

?校驗儀由補償導(dǎo)線連接至一個內(nèi)有標(biāo)準(zhǔn)溫度計（讀數(shù)Tb）的保溫水杯，再經(jīng)銅導(dǎo) 線連接至標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)溫度值T1所對應(yīng)的電壓值VTs，讀取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表的電 壓讀數(shù)Vd，

―查表或計算出溫度誤差：T=（Vd+VTb-VTs）/Si

8508A高精度數(shù)字表

標(biāo)準(zhǔn)溫度計Tb

熱電偶接頭

室溫

754過程儀表校準(zhǔn)儀（輸出）FlukeCalibration33改進的校準(zhǔn)方法一的要點

?不需要冰點恒溫槽，只需要一個準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溫度計準(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溫度計 熱電偶接頭

754過程儀表校準(zhǔn)儀（輸出）FlukeCalibration室溫8508A高精度數(shù)字表34改進的校準(zhǔn)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(zhǔn)溫度值T1所對應(yīng)的電壓值，讀取7526A校準(zhǔn)器的溫

度讀數(shù)Td，?計算出溫度誤差：=Td-Ts754過程儀表校準(zhǔn)儀（輸出）?方便、快捷，計算量?。?/p>

7526A熱工多產(chǎn)品校準(zhǔn)器FlukeCalibration35改進的校準(zhǔn)方法二的優(yōu)點?不需要冰點恒溫槽

―由溫度標(biāo)準(zhǔn)源提供參考端溫度補償

754過程儀表校準(zhǔn)儀（輸出）―7526A熱電偶不確定度0.08℃

―也可以用5522/5502校準(zhǔn)準(zhǔn)確度稍低的過程校準(zhǔn) 器，不確定度0.14C?補償導(dǎo)線無需校準(zhǔn)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(zhǔn)儀FlukeCalibration36V1幾個值得注意的問題

1.在校準(zhǔn)熱電偶測量/