Meetfouten en voorzorgsmaatregelen bij thermokoppels

Samenvatting: Thermokoppels zijn een van de eenvoudigste en meest voorkomende temperatuursensoren. Als dit tijdens het gebruik echter niet serieus wordt genomen, kan dit tot grotere meetfouten leiden. Gezien de bestaande problemen zijn de belangrijkste factoren die van invloed zijn op meetfouten onder meer de inbrengdiepte van thermokoppels, responstijd, thermische straling en thermische impedantie, evenals ongelijke thermokoppeldraden, stromingsfouten in gepantserde thermokoppels, selectieve oxidatie van thermokoppels van het K-type, K-toestand , bedrijfsatmosfeer, isolatieweerstand en degradatie van thermokoppels. Tijdens het gebruik moeten voorzorgsmaatregelen worden genomen. Om de meetnauwkeurigheid te verbeteren en de levensduur van thermokoppels te verlengen, is dit tot op zekere hoogte nuttig.
voorstellen
In bestaande temperatuurmeetsystemen wordt de meest gebruikte temperatuursensor - thermokoppel, vanwege zijn eenvoudige structuur vaak verward met "thermokoppel met twee draden aangesloten op een kast", maar in werkelijkheid is dit niet het geval. Hoewel de structuur van thermokoppels eenvoudig is, zijn er toch verschillende problemen die kunnen optreden tijdens het gebruik. Onjuiste installatie of gebruik kan bijvoorbeeld grotere meetfouten veroorzaken, en zelfs gekwalificeerde thermokoppeltests kunnen het gevolg zijn van onjuiste bediening en defecten, zoals carburatie in een reducerende atmosfeer. Als ze niet serieus worden genomen, kunnen thermokoppels van het K-type ook de toleranties overschrijden als gevolg van selectieve oxidatie.
Om de meetnauwkeurigheid te verbeteren, meetfouten te verminderen en de levensduur van thermokoppels te verlengen, moeten gebruikers niet alleen over vaardigheden voor instrumentbediening beschikken, maar ook over kennis op het gebied van natuurkunde, scheikunde en materialen. Gebaseerd op jarenlange praktijk en meer gedetailleerde verwijzing naar relevante informatie, de meetfouten van thermokoppels en hun preventieve maatregelen.
2. Heterogeniteitseffect van thermokoppeldraden
(1) Het thermokoppelmateriaal zelf is ongelijkmatig
Thermokoppels worden getest in de meetruimte en volgens de regels is de insteekdiepte in de testoven slechts 300 mm. Daarom kunnen de testresultaten van elk thermokoppel alleen het gedrag weerspiegelen of weerspiegelen vanaf de meting van de 300 mm lange thermokoppeldraad. Wanneer de lengte van het thermokoppel echter lang is, bevinden de meeste dubbele draden zich in de hogetemperatuurzone. Als de thermokoppeldraad uniform is, volgens de uniforme lusregel, zijn de meetresultaten onafhankelijk van de lengte. Ongelijke thermokoppeldraden, vooral thermokoppeldraden van laagwaardig metaal, kunnen echter lokale thermo-elektrische elektromotorische krachten genereren onder temperatuurgradiënten, bekend als parasitaire elektromotorische krachten. De fout veroorzaakt door parasitair potentieel wordt heterogeniteitsfout genoemd.
In de bestaande validatieprogramma's voor edelmetalen en laaggelegeerde thermokoppels is de heterogeniteit van thermokoppels nog niet gewaarborgd, en alleen in de thermokoppeldraadstandaarden stellen thermokoppeldraden enkele ongelijke eisen. Bereken de thermische elektromotorische kracht met behulp van de kop-staarttestmethode. Conventionele productie-installaties voor thermokoppeldraden genereren ongelijkmatige thermo-elektrische elektromotorische kracht volgens nationale normen om aan de productvereisten te voldoen.
(2) Thermokoppeldraden zijn gemaakt van verschillende materialen
Voor de thermokoppels van het nieuwe systeem geldt dat, zelfs als de ongelijkmatige thermische EMF aan de eisen kan voldoen, herhaalde verwerking kan leiden tot vervorming van de verwerkte gebogen thermokoppels, waardoor de uniformiteit verloren gaat. Bovendien zullen ze, als gevolg van het langdurig gebruik van even genummerde draden bij hoge temperaturen, zoals thermokoppels die in industriële ovens worden ingebracht, degraderen of zelfs bedraad worden in de richting van de lange draad. Naarmate de temperatuur stijgt, zal de degradatie toenemen. Wanneer het onderdeel zich op een plaats bevindt waar de temperatuurgradiënt afneemt, kan het ook een elektromotorische kracht genereren die bovenop de totale thermische EMF wordt gelegd als gevolg van parasitaire meetfouten.

3. Shuntfout van gepantserde thermokoppels
(1) Omleidingsfout
De carboneeroven van de Huaju Group, uitgerust met gepantserde thermokoppels, is slechts één week toegestaan. Om de redenen te onderzoeken, ging de auteur ter plaatse voor inspectie en vond geen afwijkingen. Daarom moesten ze de testresultaten uit de meetkamer halen en constateren dat deze gekwalificeerd waren. Wat is het probleem? Ten slotte werd op basis van de plaatselijke kenmerken van de geïnstalleerde thermokoppels vastgesteld dat het probleem werd veroorzaakt door een onjuiste omleiding van gepantserde thermokoppels.
De zogenaamde shuntfout wordt gemeten met gepantserde thermokoppels. Wanneer de temperatuur van het middelste deel van het thermokoppel de 800 graden Celsius overschrijdt, als gevolg van de afname van de isolatieweerstand, duidt het thermokoppel op een abnormaal fenomeen, dat shuntfout wordt genoemd. Volgens het principe van een uniform circuit heeft de temperatuurmeting van thermokoppels alleen betrekking op de temperatuur aan beide uiteinden van de meet- en referentie-uiteinden, en is deze onafhankelijk van de temperatuurverdeling in het midden. Vanwege het feit dat de isolatie van gepantserde thermokoppels MgO-poeder is, stijgt de temperatuur echter met 100 graden C en neemt de isolatieweerstand met een orde van grootte af. Wanneer het middelste deel een hoge temperatuur heeft, moet er een lekstroom zijn, wat resulteert in een vertakkingsfout in de uitgangspotentiaal van het thermokoppel.
(2) Omleidingsfoutcondities
Gepantserd thermokoppel ingebracht in de oven, specificaties en experimentele omstandigheden: diameter ф 4,8 mm, 25 m lang, met een centrale verwarmingszonelengte van 20 m en een temperatuur van 1000 graden. In dit experiment is het temperatuurverschil tussen de thermokoppelmeting en het middengedeelte 200 graden. Als de temperatuur aan het meetuiteinde hoger is dan het middengedeelte, zal er een negatieve fout optreden; Integendeel, er wordt een positieve fout gegenereerd. Als het temperatuurverschil tussen de twee 200 graden C is, bedraagt ​​de omleidingsfout ongeveer 100 graden C. Dit kan niet worden genegeerd, omdat factoren zoals shuntfoutomstandigheden en het type en de diameter van gepantserde thermokoppels [2]
De beïnvloedende factoren en tegenmaatregelen van afleidingsfouten
Het is noodzakelijk om de beïnvloedende factoren van omleidingsfouten te begrijpen en passende maatregelen te nemen om de impact van omleidingsfouten te verminderen of te elimineren. De resultaten geven aan dat de shuntfout van gepantserde thermokoppels wordt veroorzaakt door hoge temperaturen.
(1) Diameter van het gepantserde thermokoppel
Bij gepantserde thermokoppels van het K-type met een lengte van 9 m (MgO-isolatie) wordt alleen het middelste deel van het thermokoppel verwarmd. De experimentele resultaten laten zien dat de omvang van de afleidingsfout omgekeerd evenredig is met de vierkantswortel van de diameter (de diameter is te klein om aan deze regel te voldoen), wat betekent dat hoe kleiner de diameter, hoe groter de afleidingsfout.
Wanneer de centrale temperatuur de 800 graden overschrijdt, kunnen gepantserde thermokoppels van 3,2 mm shuntfouten veroorzaken. Echter, ф 6,4 mm en ф Wanneer de middentemperatuur van het 8 mm gepantserde thermokoppel 900 graden bedraagt, is de shuntfout nog niet gedetecteerd. ongeveer ф 6,4 mm (hotline-diameter van Φ 1,4 mm) en ф 8 mm (diameter verwarmingsdraad is ф Een gepantserd thermokoppel van 2,0 mm genereert een diameter wanneer de temperatuur in het middelste gedeelte 1100 graden is. ф 8 mm gepantserd thermokoppel. De omleidingsfout is slechts ф De helft van 6,4 mm. De waarde (50%) ligt dichtbij het kwadraat van de draaddiameter van twee gepantserde thermokoppels (1,42/2,02), evenals de vierkante verhouding van de draaddiameter van de elektrode, wat de weerstandsverhouding van de draadelektrode is. Om omleidingsfouten te verminderen, moet daarom de diameter van het gepantserde thermokoppel worden geselecteerd.

(2) Temperatuur van het middengedeelte
Als de temperatuur in het middengedeelte de 800 graden overschrijdt, kan er een omleidingsfout optreden en zal de omvang ervan exponentieel toenemen naarmate de temperatuur stijgt. Daarom moeten, behalve het meetuiteinde, andere delen boven 800 graden zoveel mogelijk worden vermeden.
1) De lengte en positie van de verwarmingszone in het middengedeelte
Wanneer de temperatuur in het midden van de verwarmingszone hoger is dan 800 graden, hoe langer de verwarmingszone is en hoe verder deze van het meeteinde verwijderd is, hoe groter de omleidingsfout. Daarom moet de lengte van de verwarmingsstrip zo kort mogelijk zijn en mag deze niet vanaf het meetuiteinde worden verwarmd om omleidingsfouten te verminderen.
(3) Weerstand van thermokoppeldraden
Wanneer de diameter van het omhulde thermokoppel hetzelfde is, zal de shuntfout toenemen naarmate de weerstand van de thermokoppeldraad toeneemt. Daarom is het beter om thermokoppeldraden met kleine weerstand te gebruiken. In vergelijking met thermokoppels van het K-type zullen gepantserde thermokoppels van het S-type met dezelfde diameter de shuntfout met 40% verminderen. Daarom kunnen thermokoppels van het S-type worden gebruikt om de verdeling van het oventemperatuurveld te meten, wat kostbaar maar nauwkeuriger is.
(4) Isolatieweerstand
Bij hoge temperaturen neemt de soortelijke weerstand van oxiden exponentieel af met toenemende temperatuur. De shuntfout hangt voornamelijk af van de isolatiekarakteristieken van componenten met hoge temperaturen. Hoe lager de isolatieweerstand, hoe gemakkelijker de shuntfout is. Wanneer de isolatieweerstand 10 keer toeneemt of afneemt tot 1/10, neemt de shuntfout af tot 1/10 of 10 keer. Om omleidingsfouten te verminderen, moeten zoveel mogelijk gepantserde thermokoppels worden gebruikt om de isolatiedikte te vergroten. Als bovenstaande maatregelen niet effectief zijn, moeten geassembleerde thermokoppels worden gebruikt.
5. Structurele veranderingen op korte termijn (K-status)
Thermokoppels van het K-type, in het temperatuurbereik van 250 graden -600 graden, vormen geordende structuren op korte afstand als gevolg van veranderingen in hun microstructuur, die de thermo-elektrische potentiaal en fouten kunnen beïnvloeden, bekend als de K-toestand [3]. Dit is een unieke roosterverandering van Ni Cr-legering. Wanneer het Cr-gehalte binnen het bereik van 5-30% ligt, is er sprake van een geordende wanorde-overgang in het atoomrooster. Fouten veroorzaakt door veranderingen in Cr-gehalte en temperatuur. Verwarm het thermokoppel van het K-type van 300 graden tot 800 graden en verwijder het op een punt van 50 graden om het potentieel te meten. Bij 450 graden bereikt de maximale afwijking 4 graden en binnen het bereik van 350-600 graden is dit een positieve afwijking. Vanwege de aanwezigheid van de K-toestand zijn de testresultaten voor temperatuurstijging of afkoeling van thermokoppels van het K-type inconsistent. Daarom wordt in het goedkope thermokoppelverificatieprogramma duidelijk gespecificeerd dat de testvolgorde is: temperatuurtest punt voor punt van lage temperatuur naar hoge temperatuur. Bovendien is op het testpunt van 400 graden niet alleen het warmteoverdrachtseffect slecht en is het moeilijk om thermisch evenwicht te bereiken, maar treedt dit ook op binnen het maximale bereik van de K-toestandsfout. Beoordeel daarom zorgvuldig of het punt gekwalificeerd is.
Het fenomeen van geordende structurele veranderingen op korte afstand in Ni Cr-legeringen komt niet alleen voor bij het K-type, maar ook bij de positieve elektrode van E-type thermokoppels. Het E-type thermokoppel is echter slechts 2/3 van het K-type als variant. Kortom, de K-toestand is gerelateerd aan temperatuur en tijd, en de afwijking zal sterk veranderen wanneer de temperatuurverdeling of de positie van het thermokoppel verandert. Het is moeilijk om de omvang van de afwijking nauwkeurig in te schatten.