热电偶及校准(Fluke)

FlukeCalibration1热电偶的特点及校准过程李欣市场技术部福禄克公司计量校准部(中国)2013-4-25FlukeCalibration2•热电偶的原理及特点•典型校准方法―热电偶测温元件的校准―热电偶温度校准仪的校准主题FlukeCalibration3T1金属１金属２T2电流赛贝克电流FlukeCalibration4•热电偶测温原理―SeebeckEffect塞贝克效应冷端热端Iron铁Copper铜VT2T1ABCC热端冷端原理图等效图热电偶的原理FlukeCalibration5•热偶的分类―按材质：*贵金属热偶•S/R/B*廉金属热偶•K/J/E/N/T/…―按用途和等级*工作用热电偶•用于测温*标准热电偶•作为标准常见热电偶类型及特点FlukeCalibration6•热偶的表达•每种热偶都有其特定的数学表达式（温度与电势的输出关系）•其表达式是非线性的•分度表-电压与温度的对应关系•检定规程附录热电偶的表达FlukeCalibration7热电偶特性曲线FlukeCalibration8贵金属热电偶型号名称优点缺点测温范围S铂铑10-铂热电偶,俗称单铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中,不需用补偿导线进行补偿热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃R铂铑13-铂热电偶R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当;研究表明：R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好同上长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃B铂铑30-铂铑6热电偶；双铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，不需用补偿导线进行补偿不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃FlukeCalibration9廉金属热电偶型号名称优点缺点测温范围K镍铬-镍硅热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等，能用于氧化性惰性气氛中不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中-200~1300℃N镍铬硅-镍硅热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中-200~1300℃E镍铬-铜镍热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差-200~900℃J铁-铜镍热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等,可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中-200~1200通常使用的温度范围为0~750℃T铜-铜镍热电偶线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标准进行低温量值传递T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差-200~350℃FlukeCalibration10•热偶的应用场合―高温的测量场合―精度要求不高的场合优点缺点测温范围宽准确度不高结实耐用稳定性差响应时间快需要对冷端进行补偿无须外部激励制造容易，价格低热电偶测温的特点FlukeCalibration11典型热电偶温度检定/校准系统热偶检定炉热电偶冰点槽计算机软件测温仪表FlukeCalibration12热电偶测温以及检定中的常见问题•补偿导线及连接―正确选择和使用•冷端补偿―选择合适的冷端补偿•冰点的制作―要点•热电偶检定系统―热偶炉的操作―热偶炉温场性能FlukeCalibration13补偿导线及连接•补偿导线的作用―延长测量距离•补偿导线的分类―延伸型－与热偶相同的材料―补偿型－在常温用与热电偶温度特性相同的金属线，不改变改热偶的热电关系•热电偶接头也是补偿导线的一部分FlukeCalibration14常见补偿导线和连接头FlukeCalibration15热电偶冷端温度补偿问题•实际测得的温度是工作端（热端）和测量端（冷端）之差：T1-T2•只有测量端（冷端）为0度时，热电偶测得的电压才能反映热端的温度•外部补偿：制作一个温度为0度的冷端（或者已知的温度）•内部补偿：是用仪表测量实际参考端温度，将最终的测量值进行相应的温度补偿。VT2T1AB铜铜工作端VTV2V1T2T10FlukeCalibration16外部冷端补偿•外部冷端补偿原理―原理：保证T2＝0―应用：使用冰点槽或其他已有准确温度值的外部热源•外部冷端补偿特点―准确度高―需外部设备T1+-+-V(T)TCTCV(0°C)J1[V(0°C)+V(0°C)=0]J1J2V(0°C)J20°CV=V(T)oTCTC0℃冰点槽T2FlukeCalibration17•外部冷端补偿，（0℃）检定温度计•冰水混合物=冰点？•制作冰点的要点：―使用纯净的水制冰―不应用手直接接触冰或水―制冰容器和盛放冰点必须用纯净的水清洗―“绿豆大小”的冰粒比较理想―用水“洗冰”，使并表面“发乌”―水不应过多，避免将冰浮起冰点的制作√XFlukeCalibration18内部冷端补偿•被测物体的实际温度为T1，热电偶冷端温度为T2•若V1是热偶冷端温度为零，T1时的电压，V2是热偶冷端温度为零，T2时的电压•当热偶冷端温度为T2,实际测量电压Va＝V1–V2（1）•保证测量准确的方法：加上冷端补偿电压V2V1=（V1-V2）+V2=Va+V2=实际测量电压+冷端补偿电压（2）VTV2V1T2T10FlukeCalibration19内部冷端补偿•内部冷端补偿原理―原理：V1=Va+V2=实际测量电压+冷端补偿电压―冷端温度由测温仪内置的测温元件测出―冷端补偿电压由计算机算出。•内部冷端补偿特点―方便，不需外部设备―准确度降低测量温度的误差测温点与连接点温度不易一致热电偶负端热电偶正端测温仪T1测温元件T2FlukeCalibration20•福禄克检定系统全套专用测温设别，全部自动控制每个都是独立系统，可分可合热偶炉独立控温卓越温场性能•传统检定系统的构成多为多个厂家产拼凑合构成的系统采用数字表加多路开关模式热偶炉无法独立控温温场稳定性差高温漏电问题热电偶检定系统FlukeCalibration21温度校验仪表——热电偶部分•JJF1309-2011《温度校准仪校准规范》―规程适用于各种温度校准仪―也可以是多功能校准仪中的一部分―实际上主要是过程仪表校验仪中的温度部分•规定了有关温度的校准方法―热电阻测量功能的校准―热电阻输出功能的校准―热电偶测量功能的校准―热电偶测输出功能的校准FlukeCalibration22•温度校准仪可以测量热电偶，显示对应的温度•此时，它相当于一个热电偶测温仪―其热电偶测温不确定度一般为0.5C~2.5C―温度校准仪的参考端温度补偿功能必须校准•温度校准仪也可以按设定的温度输出热电偶毫伏值•此时，温度校准仪相当于一个工作的热电偶―其热电偶输出不确定度一般为0.4C~2.5C―输出毫伏值与参考端温度有关校准温度校准仪的热电偶功能FlukeCalibration23校验仪可以测量热电偶，显示对应的温度•此时，校验仪相当于一个热电偶测温仪•需要向一个既对应热电偶参考端（过程仪表校验仪接线端），又对应热电偶工作端温度的标准毫伏值•国内一般常采用的校准方法比较复杂•可以用7526或5502/5522作为标准，直接校准过程仪表校验仪―一般的过程仪表校验热电偶测温仪可以用5502/5522校准―性能好的过程仪表校验仪电阻热电偶测温仪可以用7526校准5522A多功能校准器7526A多功能热工校准器校准校验仪的热电偶测量功能FlukeCalibration24•标准电压源由铜导线连接至冰点恒温槽，再经补偿导线连接至校验仪―补偿导线须根据工作温度经过校准修正•校验仪按热电偶类型设置测量功能•打开校验仪的参考端温度自动补偿功能•设置标准电压源输出各校准温度值Ts所对应的电压值，读取校验仪温度读数Td，计算出温度误差T。5522A多产品校准仪热电偶接头补偿线铜线过程仪表校准仪（测量）国内一般常采用的校准方法FlukeCalibration25•需要高性能的冰点恒温槽―冰点槽的制作、维护都很麻烦•补偿导线须根据工作温度经过校准修正，得各点电压修正值e―补偿导线的校准修正工作量很大•计算量大―查表或计算热电偶被校温度点的塞贝克系数Si―计算热电偶补偿导线的电压修正值的温度对应值e/Si―计算测量温度误差：T=Td–（Ts+e/Si）754A过程仪表校准仪（测量）补偿线铜线热电偶接头5522A多产品校准仪国内一般校准方法的难点FlukeCalibration26•标准电压源由铜导线连接至有标准温度计（读数Tb）的保温水杯，再经补偿导线连接至校验仪•校验仪按热电偶类型设置模拟热电偶输出功能―校验仪的参考端温度自动补偿功能需打开•设置标准电压源输出各校准温度值T1所对应的电压值VoVo=V(TS)-V(Tb)•读取校验仪的温度读数Td，计算出温度误差：T=Td-Ts补偿线铜线室温热电偶接头标准温度计Tb5522A多产品校准仪754A过程仪表校准仪（测量）改进的校准方法一FlukeCalibration27•不需要冰点恒温槽，只需要一个准确测温的保温水杯―保温杯中的水只需要稳定于实验室环境温度条件―用标准温度计准确测量杯中水的温度，不确定度应优于0.05℃，•补偿导线无需校准修正―由于补偿导线两端的温差很小，由补偿线所引入的误差更小•计算量稍大―查表计算温度值与电压的对应值：V(TS)和V(Tb)―计算校准器设置输出Vo=V(TS)-V(Tb)―计算温度测量误差T=Td-TS补偿线铜线室温热电偶接头标准温度计Tb5522A多产品校准仪754A过程仪表校准仪（测量）改进校准方法一的优点FlukeCalibration28•校验仪由补偿导线连接至温度标准源（7526/55XX)的热电偶输出端•校验仪设置为热电偶测量功能•温度标准源设置为对应热电偶输出功能•校验仪和温度标准源的参考端温度自动补偿功能都需打开•设置温度标准源为各校准温度值TS，输出所对应的电压值，读取校验仪的温度读数Td，温度误差为：T=Td-TS•方便,快捷,计算量小！7526A热工多产品校准器754A过程仪表校准仪（测量）改进的校准方法二FlukeCalibration29•不需要冰点恒温槽―由温度标准源提供精密参考端温度补偿―7526A热电偶不确定度0.08C―也可以用5522/5502校准精度稍低的过程校准器，不确定度0.14C•补偿导线无需校准修正―由于补偿导线两端的温差很小，由补偿线所引入的误差更小•计算量小：T=Td-Ts=0.1℃两个温度读数之差•需要注意：―确认标准语被校准表的准确度比例―使用正确的补偿导线5520A多产品校准仪754A过程仪表校准仪（测量）用温度标准源校准的优点及需要注意的问题FlukeCalibration30过程仪表校验仪可以按设定的温度输出热电偶毫伏值•此时，过程仪表校验仪相当于一个