热电偶的检定和校准.pdf

热电偶的检定和校准 郑玮 热电偶 • 将两种不同材料的导体一端相连接，基于 塞贝克效应来测量温度的温度计 – 特点： • 优点：简单可靠、范围广、便宜 • 缺点：精度、冷端、均匀性 • 应用条件 – 热电稳定性 – 标准化 名词介绍 •标准热电偶 – 用于温度量值传递，在传递中确定标准的温度值 – 主要计量器具 • 标准铂铑10-铂热电偶 • 标准铂铑30-铂铑6热电偶 •工作用热电偶 – 配接温度仪表直接用于测量温度和控制 – 标准化热电偶 • “分度号S”铂铑10-铂热电偶 • “分度号R”铂铑13-铂热电偶 • “分度号B”铂铑30-铂铑6热电偶 • “分度号K”镍铬-镍硅（铝）热电偶 • “分度号N”镍铬硅-镍铬(镍铬镁)热电偶 • “分度号E”镍铬-铜镍(考铜）热电偶 • “分度号J”铁-铜镍（康铜）热电偶 • “分度号T” 铜-铜镍（康铜）热电偶 (300～1100)℃热电偶检定系统示意图 温度固定点检定装置 标准组（工作基准）铂铑10-铂热电偶 一等标准铂铑10-铂热电偶 工作S，R 型I，II级 工作廉金属I级 二等标准铂铑10-铂热电偶 工作廉金属II级 计量标准器具工 作 计 量 器 具国 家 院 省 市 院 (1100~1500)℃热电偶检定系统示意图 标准辐射温度计 标准组（工作基准）铂铑30-铂铑6热电偶 一等标准铂铑30-铂铑6热电偶 二等标准铂铑30-铂铑6热电偶 工作B型III级 钨铼热电偶 工作B型II级 计量标准器具工 作 计 量 器 具国 家 院 省 市 院 检定和校准 • 检定 – 标准热电偶 • 标准组（工作基准）,一等，二等 – 工作用热电偶 • I级，II级，III级 • 校准 – 标准热电偶 – 工作用热电偶 常用技术规范 •检定 – JJG833-2007 标准组铂铑10-铂热电偶检定规程 – JJG75-1995 标准铂铑10-铂热电偶检定规程 – JJG167-1995 标准铂铑30-铂铑6热电偶检定规程 – JJG 115-1995 标准铜-铜镍热电偶检定规程 – JJG 351-1996 工作用廉金属热电偶检定规程 – JJG141-2013 工作用贵金属热电偶检定规程 – JJG668-1997 工作用短型铂铑10-铂,铂铑13-铂热电偶检定规程 – JJG 368-2000 工作用铜-铜镍热电偶检定规程 – JJG542-1997 金-铂热电偶检定规程 •校准 – JJF1262-2010 铠装热电偶校准规范 – JJF1176-2007 (0～1500）℃钨铼热电偶校准规范 – JJF 1098-2003 热电偶、热电阻自动测量系统校准规范 – JJF 1184-2007 热电偶检定炉温场测试技术规范 国外通用技术文件 • 美国 – NIST • Calibration Thermocouples and Thermocouple Materials 250-35 – ASTM • NML12 MANUAL ON THE USE OF THERMOCOUPLES IN TEMPERATURE MEASUREMENT • E 220 Standard Test Method for Calibration of Thermocouples By Comparison Techniques • E839 standard test method for sheathed TC and TC materials • E1751 standard guide for No-letter designated TC EMF table • 欧洲 – EURAMET • cg-8 Calibration of Thermocouples 热电偶检定 •计量检定装置的法制要求 – 设备 • 标准器 • 温度炉 • 电测 • 辅助设备和材料 – 技术规范 • 适用的检定规程 – 环境条件和设施 • 温湿度条件 • 安全 – 人员 • 熟练操作 • 处理问题 – 文件管理 • 记录和档案 热电偶检定分类 • 标准热电偶检定 – 标准组铂铑10-铂 – 标准铂铑10-铂 – 标准铂铑30-铂铑6 – 标准铜-铜镍 • 工作用热电偶检定 – 工作用贵金属 – 工作用廉金属 标准铂铑10-铂热电偶检定 • 准备工作 • 预处理 • 安装 • 测量 • 数据处理 • 证书与合格判定 准备工作 – 检查 • 上周期证书和历史数据 • 外观 – 几何尺寸 »长度（新制，在用） »直径 – 丝材（缩径，污染） – 焊点（多接点） – 陶瓷绝缘管（污染，多段，直径，耐温） – 塑料管 • 记录 – 文字 – 图片 预处理（一） • 工作台 • 清洁 • 退管 – 整理平直偶丝 – 除去标签，塑料管 – 辨认热电偶极性 – 标记磁管正负极 – 退管 – 标记和记录 预处理（二） 酸洗清洗 • 目的：除去热电偶丝材上表面沾染的其他金属，提高丝材的纯度，以免污染到标准器 • 操作过程 • 盘丝 – 10cm • 酸洗 – 30%HCl, – 浸泡1h • 除酸 – 蒸馏水冲洗 • 注意点 • 塑料标记固定牢靠 • 个人防护 预处理（三） 硼砂清洗 • 目的：除去丝材表面的金属氧化物，提高丝材纯度。

• 操作方法 – 挂丝 挂钩 – 通电 • 10.5A，11A – 硼砂洗 • 2～3次 – 除去硼砂 • 蒸馏水煮沸2～3次 • 注意点 • 挂丝位置记录 • 个人防护 预处理（四） 通电退火 •目的：高温使一些金属和非金属挥发，提高偶丝纯度 •操作过程 – 挂丝 •夹角 – 通电 •10.5A，11A – 观察 •1100℃ 1h ; 1250℃ 2h 亮度均匀性 – 复查 •2min – 降温 •1~2min •关注点： – 丝亮度 – 防止气流流动 – 防火 预处理（五） 炉内退火 •目的：消除穿管带来的机械应力造成的影响，提高热电稳定性和均匀性 •操作方法 – 穿管 •按记录将热电偶组装 – 装炉 •插入退火炉中40～45cm – 升温 •1100℃(±20℃) – 稳定 •2h – 冷却 •随炉冷却 •注意点 •磁管正负极 •退火炉保护管 •防绝缘塑料管被烤化 装炉(一） 捆扎 •目的：使得标准与被检热电偶的测量端温度一致或使得电路联通 •操作方法 – 磁管捆扎 • 0.5mm , – 测量端捆扎 • 同名级，双极法 • 0.2~0.3mm细丝， – 塑料管捆扎 • 固定塑料管与双孔管 •注意点 • 数量（5） • 捆扎适度 • 避免搭接 • 避免磁管外端短路 装炉(二） 安装 • 目的：将热电偶束放在温度炉的均匀温场内， 与温度炉一同达到检定温度。

• 操作方法 – 插入炉内 • 根据温场位置，确定插入深度 – 同轴 • 使用清洁的通管，同轴与温度炉轴向 • 注意点 • 复查插入深度 • 平顺插入 装炉(三） 冷端接线 •目的：将热电偶的热电势通过铜导线引出到热电仪表并将其参考端放在到固定温度 •操作过程 – 连接测量线 • 可靠连接 • 无附加热电势 – 连接端插入冰点瓶 • 深度10～15cm • 插入深度一致,保持冷端温度一致 •注意点 • 铜导线氧化 • 铜导线产生附加热电势 • 屏蔽空间干扰 • 铂铑30-铂铑6热电偶无须零度 • 再次核对插入深度 • 记录编号与测量导线编号的对应关系 温度炉的升温和恒温和降温 •目的：将热电偶加入到指定温度，并达到热平衡 •操作方法 – 温度检定点 • 检定点的设计 • 温度控制器设定 • 温度偏离和修正 • 控温方式选择 – 恒温 • 温场形成 • 温场波动 – 降温 • 随炉冷却 •关注点： – 温度的偏离 – 温场的波动 热电势测量 •目的：得到热电偶在检定点温度下的的热电势，以确定被检热电偶的温度热电势关系。

•操作方法 – 测量顺序 • 标准测量顺序 • 4次 – 热电势读取 • 数字表采样时间 • 采样频率 – 热电势扫描 • 等待时间 •注意点： –数字表数字滤波 –转换开关热平衡 数据处理 • 目的：计算被检热电偶温度与热电势的关 系，判断测量过程是否合格 再次测量 • 再次捆绑装炉 • 再次测量 • 数据处理 合格判定 • 数据 – 取两次测量值的平均值作为最终结果 – 两次测量值的差值应满足要求 • 合格判据 – 外观 – 满足热电偶热电势的基本要求 – 满足周期变化的基本要求 – 没有上周期数据不能进行合格判定 工作热电偶检定 • 贵金属 • 廉金属 工作用廉金属检定几个问题 – 检定炉 加热到检定点温度，并维持稳定,形成等温区.使得标准与被检的温度 相一致，并使得热电偶测量端有一定的插入深度 • 技术要求 – 温度范围 – 温场均匀性 – 温场稳定度 – 温场形成时间 – 热电偶安装 • 数量和直径 • 插入到工作区 • 防止漏热 • 均热块的使用 工作用廉金属检定几个问题 – 热电偶冷端 • 冰点法 – 冰水混合物 » 冰水的比例和纯度 » 足够的容量和保温措施 » 插入直径和深度 – 电子冰点 » 0℃监测 » 漂移和波动周期 » 孔差 » 负载 • 环境温度法 • 端点温度法 • 电子补偿器 – 补偿导线的使用 • 编号 • 修正值的测量 • 20，25，30 热电偶校准 • 不符合现有检定规程 • 原则： – 标准器溯源 – 方法需要确认 – 合理的不确定度分析 – 数据验证 考虑的影响因素考虑的影响因素 • 热电偶的热传导（插入深度不足） • 热源工作区温度漂移及空间温度分布的变化 • 参考端温度的变化 • 由于接头或使用扫描器及转换开关带来的寄生热电势 • 延长导线或补偿导线带来的影响 • 电磁干扰 • 机械应力或形变 • 不均匀性 • 氧化或其他化学污染 • 合金成分变化，物理条件或晶格结构变化 • 绝缘电阻下降 注意的问题注意的问题 •等温区的长度和水平 – 热电势是测量端和参考端温度的函数。

更确切地说热电势是延着导体长 度方向上所存在的温度梯度产生的只有当测量端放在等温区并且插入 深度足够克服热损失（或热增加），并且保证每一个测量端实际上达到了它所处的环境温度时，测量和校准才是有效的 •热电势的大小依据于制作热电偶的导体材料以及它的金相条件所决定 – 当其使用后，材料的成分变化、污染，机械应力或热冲击等因素也会影 响或改变热电势以及相关的校准结果然而这样的变化只有在它所处的 位置有温。