Błędy i środki ostrożności w pomiarach termopary

Streszczenie: Termopary są jednymi z najprostszych i najpopularniejszych czujników temperatury. Jeśli jednak nie zostanie to potraktowane poważnie podczas użytkowania, może to prowadzić do większych błędów pomiarowych. Biorąc pod uwagę istniejące zagadnienia, głównymi czynnikami wpływającymi na błędy pomiarowe są głębokość wprowadzenia termopary, czas reakcji, promieniowanie cieplne i impedancja cieplna, a także nierówne przewody termopary, błędy przepływu w termoparach pancernych, selektywne utlenianie termopar typu K, stan K , atmosfera robocza, rezystancja izolacji i degradacja termopar. Podczas stosowania należy zachować środki ostrożności. Aby poprawić dokładność pomiaru i przedłużyć żywotność termopar, jest to w pewnym stopniu pomocne.
wprowadzić
W istniejących układach pomiaru temperatury najczęściej stosowany czujnik temperatury – termopara, ze względu na swoją prostą konstrukcję, często mylona jest z „termoparą z dwoma przewodami podłączonymi do szafki”, jednak w rzeczywistości tak nie jest. Mimo że budowa termopar jest prosta, w trakcie użytkowania mogą pojawić się różne problemy. Na przykład nieprawidłowa instalacja lub użytkowanie może spowodować większe błędy pomiarowe, a nawet kwalifikowane testy termopary mogą wynikać z niewłaściwej obsługi i awarii, takich jak nawęglanie w atmosferze redukującej. Jeśli nie zostaną potraktowane poważnie, termopary typu K mogą również przekraczać tolerancje z powodu selektywnego utleniania.
Aby poprawić dokładność pomiaru, zmniejszyć błędy pomiarowe i wydłużyć żywotność termopar, od użytkowników wymaga się nie tylko umiejętności obsługi przyrządu, ale także wiedzy z fizyki, chemii i materiałów. W oparciu o wieloletnią praktykę i bardziej szczegółowe odniesienie do odpowiednich informacji, błędy pomiarowe termopar i środki zapobiegawcze.
2. Efekt heterogeniczności drutów termopary
(1) Sam materiał termopary jest nierówny
Termopary badane są w pomieszczeniu pomiarowym i zgodnie z przepisami głębokość wprowadzenia do pieca badawczego wynosi tylko 300mm. Dlatego wyniki testów każdej termopary mogą jedynie odzwierciedlać lub odzwierciedlać zachowanie, zaczynając od pomiaru drutu termopary o długości 300 mm. Jednakże, gdy długość termopary jest duża, większość podwójnych przewodów znajduje się w strefie wysokiej temperatury. Jeżeli drut termopary jest jednolity, to zgodnie z zasadą jednolitej pętli wyniki pomiarów są niezależne od długości. Jednakże nierówne przewody termopary, zwłaszcza druty termopary z metalu niskiej jakości, mogą generować lokalne termoelektryczne siły elektromotoryczne pod wpływem gradientów temperatury, zwane pasożytniczymi siłami elektromotorycznymi. Błąd spowodowany potencjałem pasożytniczym nazywany jest błędem heterogeniczności.
W istniejących programach walidacji termopar z metali szlachetnych i niskostopowych nie uwzględniono jeszcze heterogeniczności termopar i tylko w normach dotyczących drutów termopar przewody termopar mają pewne nierówne wymagania. Oblicz termiczną siłę elektromotoryczną, stosując metodę badania „od głowy do ogona”. Konwencjonalne zakłady produkujące druty do termopar wytwarzają nierównomierną termoelektryczną siłę elektromotoryczną zgodnie z normami krajowymi, aby spełnić wymagania produktu.
(2) Przewody termopary są wykonane z różnych materiałów
W przypadku termopar nowego systemu, nawet jeśli nierównomierne termiczne pole elektromagnetyczne może spełnić wymagania, wielokrotna obróbka może prowadzić do zniekształcenia przetwarzanych wygiętych termopar, co spowoduje utratę jednolitości. Co więcej, w wyniku długotrwałego stosowania w wysokich temperaturach parzystych drutów, takich jak termopary wkładane do pieców przemysłowych, ulegną one degradacji lub nawet drutowaniu wzdłuż kierunku długiego drutu. Wraz ze wzrostem temperatury degradacja będzie wzrastać. Gdy element znajduje się w miejscu, w którym gradient temperatury maleje, może również generować siłę elektromotoryczną nałożoną na całkowite termiczne pole elektromagnetyczne z powodu pasożytniczych błędów pomiaru.

3. Błąd bocznika termopar pancernych
(1) Błąd przekierowania
Piec do nawęglania Huaju Group wyposażony w termopary pancerne jest dozwolony tylko przez tydzień. W celu zbadania przyczyn autor pojechał na oględziny na miejsce i nie stwierdził żadnych nieprawidłowości, dlatego musiał zabrać wyniki badań z sali pomiarowej i uznać je za kwalifikowane. Więc w czym problem? Wreszcie, w oparciu o charakterystykę zainstalowanych termopar na miejscu, stwierdzono, że problem był spowodowany nieprawidłowym przekierowaniem termopar pancernych.
Tzw. błąd bocznikowy mierzony jest za pomocą termopar pancernych. Kiedy temperatura środkowej części termopary przekroczy 800 stopni C, na skutek spadku rezystancji izolacji, termopara sygnalizuje nieprawidłowe zjawisko, które nazywa się błędem bocznikowym. Zgodnie z zasadą jednolitego obwodu, pomiar temperatury termopary odnosi się tylko do temperatury na obu końcach pomiaru i na końcach odniesienia i jest niezależny od rozkładu temperatury w środku. Jednak ze względu na to, że izolacją termopar pancernych jest proszek MgO, temperatura wzrasta o 100 stopni C, a rezystancja izolacji maleje o rząd wielkości. Gdy środkowa część ma wysoką temperaturę, musi występować prąd upływowy, co powoduje błąd rozgałęzienia potencjału wyjściowego termopary.
(2) Warunki błędu zmiany kierunku
Termopara pancerna włożona do pieca, dane techniczne i warunki doświadczalne: średnica ф 4,8 mm, długość 25 m, długość strefy centralnego ogrzewania 20 m i temperatura 1000 stopni. W tym eksperymencie różnica temperatur pomiędzy pomiarem termopary a sekcją środkową wynosi 200 stopni. Jeśli temperatura na końcu pomiarowym jest wyższa niż w środkowej części, wystąpi błąd ujemny; Wręcz przeciwnie, generowany jest błąd dodatni. Jeśli różnica temperatur między nimi wynosi 200 stopni C, błąd przekierowania wynosi około 100 stopni C. Nie można tego zignorować, ponieważ czynniki takie jak warunki błędu bocznika oraz typ i średnica termopar pancernych [2]
Czynniki wpływające i środki zaradcze na błąd przekierowania
Konieczne jest zrozumienie czynników wpływających na błędy przekierowania i podjęcie odpowiednich działań w celu ograniczenia lub wyeliminowania wpływu błędów przekierowania. Wyniki wskazują, że błąd bocznikowy termopar pancernych jest spowodowany wysoką temperaturą.
(1) Średnica termopary pancernej
W przypadku termopar pancernych typu K o długości 9m (izolacja MgO) nagrzewana jest tylko środkowa część termopary. Wyniki eksperymentów pokazują, że wielkość błędu przekierowania jest odwrotnie proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego jego średnicy (średnica jest zbyt mała, aby spełnić tę zasadę), co oznacza, że ​​im mniejsza średnica, tym większy błąd przekierowania.
Gdy temperatura w środku przekracza 800 stopni, termopary pancerne ф 3,2 mm mogą powodować błędy bocznikowe. Jednakże, ф 6,4 mm i ф Gdy środkowa temperatura pancernej termopary 8 mm wynosi 900 stopni, błąd bocznika nie został jeszcze wykryty. około ф 6,4 mm (średnica gorącej linii Φ 1,4 mm) i ф 8 mm (średnica drutu grzejnego wynosi ф Termopara pancerna 2,0 mm wytwarza średnicę, gdy temperatura w środkowej części wynosi 1100 stopni ф Termopara pancerna 8 mm. Błąd przekierowania wynosi tylko ф Połowa 6,4 mm Wartość (50%) jest zbliżona do kwadratu średnicy drutu dwóch termopar pancernych (1,42/2,02) oraz kwadratowego stosunku średnicy drutu elektrody, który jest stosunkiem rezystancji drutu elektrodowego Dlatego w celu ograniczenia błędów dywersyjnych należy dobrać średnicę termopary pancernej.

(2) Temperatura środkowej części
Jeśli temperatura w środkowej części przekracza 800 stopni, może wystąpić błąd przekierowania, a jego rozmiar będzie wzrastał wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego też, z wyjątkiem końca pomiarowego, należy w miarę możliwości unikać innych części powyżej 800 stopni.
1) Długość i położenie strefy grzewczej w części środkowej
Gdy temperatura w środku strefy grzewczej jest wyższa niż 800 stopni, im dłuższa jest strefa grzewcza i im dalej znajduje się od końca pomiaru, tym większy błąd przekierowania. Dlatego też długość listwy grzejnej powinna być jak najkrótsza i nie powinna być podgrzewana od strony pomiarowej, aby zmniejszyć błędy przekierowania.
(3) Rezystancja przewodów termopary
Gdy średnica termopary płaszczowej jest taka sama, błąd bocznika będzie wzrastał wraz ze wzrostem rezystancji drutu termopary. Dlatego lepiej jest stosować przewody termopary o małej rezystancji. Na przykład w porównaniu do termopar typu K, termopary pancerne typu S o tej samej średnicy zmniejszą błąd bocznika o 40%. Dlatego termopary typu S można stosować do pomiaru rozkładu pola temperatury pieca, co jest kosztowne, ale dokładniejsze.
(4) Rezystancja izolacji
W wysokich temperaturach rezystywność tlenków maleje wykładniczo wraz ze wzrostem temperatury. Błąd bocznika zależy głównie od właściwości izolacji elementów wysokotemperaturowych. Im niższa rezystancja izolacji, tym łatwiejszy jest błąd bocznika. Gdy rezystancja izolacji wzrośnie 10 razy lub spadnie do 1/10, błąd bocznika zmniejszy się do 1/10 lub 10 razy. Aby zmniejszyć błędy przekierowania, należy w miarę możliwości stosować termopary pancerne w celu zwiększenia grubości izolacji. Jeżeli powyższe środki okażą się nieskuteczne, należy zastosować zmontowane termopary.
5. Zarządzone zmiany strukturalne krótkiego zasięgu (stan K)
Termopary typu K, pracujące w zakresie temperatur do 250 stopni -600 stopni, tworzą uporządkowane struktury krótkiego zasięgu w wyniku zmian w ich mikrostrukturze, które mogą wpływać na potencjał termoelektryczny i błąd, zwany stanem K [3]. Jest to wyjątkowa zmiana siatki stopu Ni Cr. Gdy zawartość Cr mieści się w zakresie 5-30%, w sieci atomowej występuje uporządkowane przejście nieuporządkowane. Błędy spowodowane zmianami zawartości Cr i temperatury. Podgrzej termoparę typu K od 300 stopni do 800 stopni i wyjmij ją w punkcie 50 stopni, aby zmierzyć potencjał. Przy 450 stopniach maksymalne odchylenie sięga 4 stopni, a w zakresie 350-600 stopnia jest to odchylenie dodatnie. Ze względu na obecność stanu K wyniki testów wzrostu temperatury lub chłodzenia termopar typu K są niespójne. Dlatego też w niedrogim programie weryfikacji termopar wyraźnie określono, że sekwencja testów jest następująca: test temperatury punkt po punkcie od niskiej temperatury do wysokiej. Ponadto w punkcie testowym 400 stopni efekt przenoszenia ciepła jest nie tylko słaby i trudno jest osiągnąć równowagę termiczną, ale występuje również w maksymalnym zakresie błędu stanu K. Dlatego dokładnie oceń, czy punkt jest kwalifikowany.
Zjawisko uporządkowanych zmian strukturalnych krótkiego zasięgu w stopach Ni Cr występuje nie tylko w termoparach typu K, ale także w elektrodzie dodatniej termopar typu E. Jednakże termopara typu E stanowi tylko 2/3 termopary typu K jako odmiana. Krótko mówiąc, stan K jest powiązany z temperaturą i czasem, a odchylenie znacznie się zmieni, gdy zmieni się rozkład temperatury lub położenie termopary. Trudno jest dokładnie ocenić wielkość odchylenia.