热电偶温度传感器测量误差的主要影响因素

1 插入深度的影响

1）测温点的选择，热电偶温度传感器的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于生产工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量与控制的意义。

2）插入深度，热电偶温度传感器插入被测场所时，沿着温度传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。而插入深度又与保护管材质有关。金属保护管因其导热性能好，其插入深度应该深一些（约为直径的15—20倍），陶瓷材料绝热性能好，可插入浅一些（约为直径的10-15倍）。对于工程测温，其插入深度还与测量对象是静止或流动等状态有关，如流动的液体或高速气流温度的测量，将不受上述限制，插入深度可以浅一些，具体数值应由实验确定。

2 响应时间的影响

接触法测温的基本原理是测温元件要与被测对象达到热平衡。因此，在测温时需要保持一定时间，才能使两者达到热平衡。而保持时间的长短，同测温元件的热响应时间有关。而热响应时间主要取决于传感器的结构及测量条件，差别极大。对于气体介质，尤其是静止气体，至少应保持30min以上才能达到平衡；对于液体而言，最快也要在5分钟以上。

对于温度不断变化的被测场合，尤其是瞬间变化过程，全过程仅1秒钟，则要求传感器的响应时间在毫秒级。因此，普通的泽天温度传感器不仅跟不上被测对象的温度变化速度出现滞后，而且也会因达不到热平衡而产生测量误差。最好选择响应快的传感器。对热电偶而言除保护管影响外，热电偶的测量端直径也是其主要因素，即偶丝越细，测量端直径越小，其热响应时间越短。测温元件热响应误差可通过下式确定。

Δθ=Δθ0exp（-t/τ）               （1）

式中t—测量时间S，Δθ—在t时刻，测温元件引起的误差，K或℃；Δθ0—“t=0”时刻，测温元件引起的误差，K或℃；τ—时间常数S；e —自然对数的底（2.718）；因此，当t=τ时，则Δθ=Δθ0/e  即为0.368，如果当t=2τ时,则Δθ=Δθ0/e2即为0.135。

当被测对象的温度,以一定的速度α(k/s或℃/s)上升或下降时,经过足够的时间后,所产生的响应误差可用下式表示：

Δθ∞=-ατ                            （2）

式中  Δθ∞—经过足够时间后，测温元件引起的误差。

由式（2）可以看出，响应误差与时间常数（τ）成正比。为了提高检定效率许多企业采用泽天传感自动检定装置，对入厂热电偶进行检定，但是，该装置也并非十分完善。二汽变速箱厂热处理车间就发现如果在400℃点的恒温时间不够，达不到热平衡，就容易发生误判。

3 热辐射的影响

插入炉内用于测温的热电偶，将被高温物体发出的热辐射加热。假定炉内气体是透明的，而且，热电偶温度传感器与炉壁的温差较大时，将因能量交换而产生测温误差。

在单位时间内，两者交换的辐射能为P，可用下式表示：

P=σε（Tw4 - Tt4）            （3）

式中σ—斯忒藩—波尔兹常数；ε—发射率；Tt—热电偶的温度, K；Tw—炉壁的温度, K

在单位时间内,热电偶同周围的气体（温度为T）,通过对流及热传导也将发生热量交换的能量为P′

P′=αA（T-Tt）                  （4）

式中α—热导率；A—热电偶的表面积；在正常状态下，P= P′，其误差为：

Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/αА     （5）

对于单位面积而言其误差为

Tt-T=σε（Tt4-Tw4）/α       （6）

因此，为了减少热辐射误差，应增大热传导，并使炉壁温度Tw，尽可能接近热电偶的温度Tt。另外，在安装时还应注意：热电偶安装位置，应尽可能避开从固体发出的热辐射，使其不能辐射到热电偶表面；热电偶最好带有热辐射遮蔽套。

4 热阻抗增加的影响

在高温下使用的热电偶温度传感器，如果被测介质为气态，那么保护管表面沉积的灰尘等将烧熔在表面上，使保护管的热阻抗增大；如果被测介质是熔体，在使用过程中将有炉渣沉积，不仅增加了热电偶的响应时间，而且还使指示温度偏低。因此，除了定期检定外，为了减少误差，经常抽检也是必要的。例如，进口铜熔炼炉，不仅安装有连续测温热电偶，还配备消耗型热电偶测温装置，用于及时校准连续测温用热电偶的准确度。