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标准热电偶封头材料对检定结果影响的分析
标准热电偶封头材料对检定结果影响的分析
摘要:随着国内工业产品的国际化,国家对产品认证体系越来越严格,同时各大企业对产品质量的要求越来越高。热工仪表检定作为计量体系的重要组成部分,体现着越来越重要的作用。目前,国内对于热电偶的检定主要遵守热电偶检定规程;但对于检定过程中对标准热电偶采用何种封头套管没有做有关的规定。本人在从事热电偶检定过程中,发现采用不同的封头套管对于检定结果会产生一定的影响。本文从标准热电偶封头选用材料的原理出发,利用实验对产生的影响进行分析,并比较选用不同材料的热电偶检定方法的优劣。

关键字:热电偶;检定方法;封头套管;材料
中图分类号:O472 文献标识码: A

随着国内工业产品的国际化,国家对产品认证体系也越来越严格,各大企业对产品质量的要求越来越高。尤其在机械行业,计量体系在质量体系中有着举足轻重的作用。本厂自建厂以来,主要从事压力容器的生产制造,对国民经济建设产生着重要的贡献。目前,本厂热处理测温元件主要是热电偶;对于热电偶的检定遵从热电偶检定规程。依照本人从事热电偶检定的工作经验,发现对标准热电偶的封头套管采用不同的材料,会对热电偶检定结果产生一定的影响。现国内标准偶封头套管主要是石英管和高铝管,二者均能满足热电偶检定的检定温度要求;但是在热电偶的检定中,测得数据结果有一定的偏差。本文从热电偶测温原理及标准偶封头材料特性上,采用三种方案来实验分析标准偶采用不同材料对测量结果造成的影响。
热电偶测温原理
热电偶(thermocouple)是温度测量仪表中常用的测温元件,它直接测量温度,并把温度信号转换成热电动势信号,通过二次仪表转换成被测介质的温度。
当两种不同导体A和B被连接成一闭合回路时。两节点处的温度不同,在两导体间产生热电势,产生热电效应。两种导体两个接点中,其中一个为工作端(热端),另一个为参考端(冷端)。这两种不同导体的组合成为热电偶。

图Ⅰ热电偶原理图
对于一根均质的金属导体,若两端温度分别为t,t0;则在两端会产生电动势。导体内自由电子在高位具有较大的动能,因而向低温端扩散。高温端因为失去电子而成正电,低温端由于获得电子而成负电,在高低温端之间行成一电位差,即表示为:(1)
(2)
将导体A、B焊接成闭环,一个焊点温度为t,另一个焊点温度为t0,且t>t0,则闭环电路中会有四个电动势。四个电动势分别为eAB(t)、eAB(t0)、eA(t,t0)、eB(t,t0),则热电偶电动势EAB(t,t0)为:
(3)
(4)
式中EAB—AB两种金属材料,温度为T时的接触电动势;K为波而兹曼常数,q电子电荷量,nA,nB为A、B两种材料的电子密度[1]。
热电偶两电极材料相同,即使两端温度T≠T0,但总的热电势为零;热电偶两端温度T=T0,则总的热电势为零;热电势的大小共与材料和接点温度有关,与热电偶的尺寸,形状及端电极温度分布无关。
二、标准偶封头套管材料
目前,大多数实验室检定热电偶标准偶套管采用的是石英管和高铝管,被检热电偶实验室检定过程中一般不加套管封头。对此,我们来比较下石英管和高铝管的热学性能。
(一)、石英玻璃管
石英玻璃管是用二氧化硅制造的特种工业技术玻