Lỗi đo cặp nhiệt điện và biện pháp phòng ngừa

Tóm tắt: Cặp nhiệt điện là một trong những cảm biến nhiệt độ đơn giản và phổ biến nhất. Tuy nhiên, nếu không nghiêm túc trong quá trình sử dụng có thể dẫn đến sai số đo lớn hơn. Xem xét các vấn đề hiện có, các yếu tố chính ảnh hưởng đến sai số đo bao gồm độ sâu chèn cặp nhiệt điện, thời gian đáp ứng, bức xạ nhiệt và trở kháng nhiệt, cũng như dây cặp nhiệt điện không đều, lỗi dòng chảy trong cặp nhiệt điện bọc thép, quá trình oxy hóa chọn lọc của cặp nhiệt điện loại K, trạng thái K , không khí hoạt động, điện trở cách điện và sự xuống cấp của cặp nhiệt điện. Cần có biện pháp phòng ngừa trong quá trình sử dụng. Để cải thiện độ chính xác của phép đo và kéo dài tuổi thọ của cặp nhiệt điện, ở một mức độ nào đó, nó rất hữu ích.
giới thiệu
Trong các hệ thống đo nhiệt độ hiện nay, cảm biến nhiệt độ được sử dụng phổ biến nhất - cặp nhiệt điện, do cấu tạo đơn giản nên thường bị nhầm lẫn là "cặp nhiệt điện có hai dây nối vào tủ", nhưng thực tế không phải vậy. Mặc dù cấu trúc của cặp nhiệt điện rất đơn giản nhưng vẫn có nhiều vấn đề khác nhau có thể phát sinh trong quá trình sử dụng. Ví dụ: việc lắp đặt hoặc sử dụng không đúng cách có thể gây ra sai số đo lớn hơn và thậm chí việc kiểm tra cặp nhiệt điện đủ tiêu chuẩn cũng có thể là do vận hành và hỏng hóc không đúng cách, chẳng hạn như quá trình cacbon hóa trong môi trường khử. Nếu không được thực hiện nghiêm túc, cặp nhiệt điện loại K cũng có thể vượt quá dung sai do quá trình oxy hóa chọn lọc.
Để cải thiện độ chính xác của phép đo, giảm sai số đo và kéo dài tuổi thọ của cặp nhiệt điện, người dùng không chỉ cần có kỹ năng vận hành thiết bị mà còn phải có kiến ​​thức về vật lý, hóa học và vật liệu. Dựa trên nhiều năm thực hành và tham khảo chi tiết hơn các thông tin liên quan, lỗi đo lường của cặp nhiệt điện và các biện pháp phòng ngừa.
2. Hiệu ứng không đồng nhất của dây cặp nhiệt điện
(1) Bản thân vật liệu cặp nhiệt điện không đồng đều
Cặp nhiệt điện được thử nghiệm trong phòng đo và theo quy định, độ sâu đưa vào lò thử nghiệm chỉ là 300mm. Do đó, kết quả thử nghiệm của từng cặp nhiệt điện chỉ có thể phản ánh hoặc phản ánh hành vi bắt đầu từ việc đo dây cặp nhiệt điện dài 300mm. Tuy nhiên, khi chiều dài của cặp nhiệt điện dài, hầu hết các dây đôi đều ở vùng nhiệt độ cao. Nếu dây cặp nhiệt điện đồng nhất, theo quy tắc vòng lặp thống nhất, kết quả đo không phụ thuộc vào chiều dài. Tuy nhiên, dây cặp nhiệt điện không đồng đều, đặc biệt là dây cặp nhiệt điện kim loại cấp thấp, có thể tạo ra lực điện động nhiệt cục bộ dưới độ dốc nhiệt độ, được gọi là lực điện động ký sinh. Lỗi do điện thế ký sinh gây ra được gọi là lỗi không đồng nhất.
Trong các chương trình xác nhận hiện có đối với kim loại quý và cặp nhiệt điện hợp kim thấp, tính không đồng nhất của cặp nhiệt điện vẫn chưa được cung cấp và chỉ trong các tiêu chuẩn về dây cặp nhiệt điện, dây cặp nhiệt điện mới có một số yêu cầu không đồng đều. Tính suất điện động nhiệt bằng phương pháp thử từ đầu đến đuôi. Các nhà máy sản xuất dây cặp nhiệt điện thông thường tạo ra lực điện động nhiệt điện không đồng đều theo tiêu chuẩn quốc gia để đáp ứng yêu cầu sản phẩm.
(2) Dây cặp nhiệt điện được làm bằng các vật liệu khác nhau
Đối với các cặp nhiệt điện của hệ thống mới, ngay cả khi EMF nhiệt không đồng đều có thể đáp ứng yêu cầu, việc xử lý lặp đi lặp lại có thể dẫn đến biến dạng của các cặp nhiệt điện uốn cong đã xử lý, sẽ mất tính đồng nhất. Hơn nữa, do sử dụng lâu dài các dây số chẵn ở nhiệt độ cao như cặp nhiệt điện lắp vào lò công nghiệp sẽ bị xuống cấp hoặc thậm chí là dây theo chiều của dây dài. Khi nhiệt độ tăng, sự phân hủy sẽ tăng lên. Khi bộ phận này ở nơi có độ dốc nhiệt độ giảm, nó cũng có thể tạo ra lực điện động chồng lên tổng EMF nhiệt do lỗi đo ký sinh.

3. Lỗi shunt của cặp nhiệt điện bọc thép
(1) Lỗi chuyển hướng
Lò cacbon hóa của Tập đoàn Huaju được trang bị cặp nhiệt điện bọc thép chỉ được phép sử dụng trong một tuần. Để tìm hiểu nguyên nhân, tác giả đã đến hiện trường kiểm tra và không phát hiện bất thường nên phải lấy kết quả xét nghiệm từ phòng đo thì thấy đủ tiêu chuẩn. Vậy vấn đề là gì? Cuối cùng, dựa trên đặc điểm tại chỗ của các cặp nhiệt điện được lắp đặt, người ta phát hiện ra rằng sự cố là do chuyển hướng không chính xác các cặp nhiệt điện bọc thép.
Cái gọi là lỗi shunt được đo bằng cặp nhiệt điện bọc thép. Khi nhiệt độ phần giữa của cặp nhiệt điện vượt quá 800 độ C, do điện trở cách điện giảm, cặp nhiệt điện biểu thị hiện tượng bất thường, gọi là lỗi shunt. Theo nguyên lý mạch đồng nhất, phép đo nhiệt độ cặp nhiệt điện chỉ liên quan đến nhiệt độ ở cả hai đầu của đầu đo và đầu tham chiếu, và không phụ thuộc vào sự phân bố nhiệt độ ở giữa. Tuy nhiên, do cách điện của cặp nhiệt điện bọc thép là bột MgO nên nhiệt độ tăng 100 độ C và điện trở cách điện giảm đi một bậc. Khi phần giữa ở nhiệt độ cao, phải có dòng điện rò rỉ, dẫn đến lỗi phân nhánh trong điện thế đầu ra của cặp nhiệt điện.
(2) Điều kiện lỗi chuyển hướng
Cặp nhiệt điện bọc thép đưa vào lò, thông số kỹ thuật và điều kiện thí nghiệm: đường kính ф 4,8mm, dài 25m, có vùng sưởi trung tâm dài 20m và nhiệt độ 1000 độ. Trong thí nghiệm này, chênh lệch nhiệt độ giữa phép đo cặp nhiệt điện và phần giữa là 200 độ. Nếu nhiệt độ ở đầu đo cao hơn phần giữa thì sẽ xảy ra sai số âm; Ngược lại, một lỗi tích cực được tạo ra. Nếu chênh lệch nhiệt độ giữa hai bên là 200 độ C thì sai số chuyển dòng là khoảng 100 độ C. Không thể bỏ qua điều này, do các yếu tố như điều kiện sai số shunt cũng như loại và đường kính của cặp nhiệt điện bọc thép [2]
Các yếu tố ảnh hưởng và biện pháp khắc phục lỗi chuyển hướng
Cần phải hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến sai sót do chuyển hướng và thực hiện các biện pháp thích hợp để giảm thiểu hoặc loại bỏ tác động của sai sót do chuyển hướng. Kết quả chỉ ra rằng lỗi shunt của cặp nhiệt điện bọc thép là do nhiệt độ cao.
(1) Đường kính cặp nhiệt điện bọc thép
Đối với cặp nhiệt điện bọc thép loại K có chiều dài 9m (cách điện MgO) chỉ làm nóng phần giữa của cặp nhiệt điện. Kết quả thực nghiệm cho thấy độ lớn của sai số chuyển hướng tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của đường kính của nó (đường kính quá nhỏ để tuân theo quy tắc này), nghĩa là đường kính càng nhỏ thì sai số chuyển hướng càng lớn.
Khi nhiệt độ trung tâm vượt quá 8{13}}0 độ , cặp nhiệt điện bọc thép ф 3,2mm có thể tạo ra lỗi shunt. Tuy nhiên, ф 6,4mm và ф Khi nhiệt độ trung bình của cặp nhiệt điện bọc thép 8mm là 900 độ thì vẫn chưa phát hiện được lỗi shunt. khoảng ф 6,4mm (đường kính đường dây nóng Φ 1,4mm) và ф 8mm (đường kính dây đốt nóng là ф Cặp nhiệt điện bọc thép 2.0mm tạo ra đường kính khi nhiệt độ ở phần giữa là 1100 độ ф 8mm. Sai số chuyển hướng chỉ là ф Một nửa của 6,4mm. Giá trị (50%) gần bằng bình phương đường kính dây của hai cặp nhiệt điện bọc thép (1,42/2,02), cũng như tỷ lệ bình phương của đường kính dây điện cực, là tỷ số điện trở của dây điện cực ... Vì vậy, để giảm sai số chuyển hướng, nên chọn đường kính của cặp nhiệt điện bọc thép.

(2) Nhiệt độ của phần giữa
Nếu nhiệt độ ở phần giữa vượt quá 800 độ, có thể xảy ra lỗi chuyển hướng và kích thước của nó sẽ tăng theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng. Vì vậy, ngoại trừ đầu đo, các bộ phận khác nên tránh ở nhiệt độ trên 800 độ càng nhiều càng tốt.
1) Chiều dài và vị trí của vùng gia nhiệt ở phần giữa
Khi nhiệt độ ở giữa vùng gia nhiệt cao hơn 800 độ, vùng gia nhiệt càng dài và càng xa đầu đo thì sai số chuyển hướng càng lớn. Do đó, chiều dài của dải gia nhiệt phải càng ngắn càng tốt và không được làm nóng từ đầu đo để giảm sai số chuyển hướng.
(3) Điện trở của dây cặp nhiệt điện
Khi đường kính của cặp nhiệt điện có vỏ bọc bằng nhau, sai số shunt sẽ tăng khi điện trở của dây cặp nhiệt điện tăng. Vì vậy, tốt hơn là sử dụng dây cặp nhiệt điện có điện trở nhỏ. Ví dụ, so với cặp nhiệt điện loại K, cặp nhiệt điện bọc thép loại S có cùng đường kính sẽ giảm 40% lỗi shunt. Do đó, cặp nhiệt điện loại S có thể được sử dụng để đo sự phân bố của trường nhiệt độ lò, tuy tốn kém nhưng chính xác hơn.
(4) Điện trở cách điện
Ở nhiệt độ cao, điện trở suất của oxit giảm theo cấp số nhân khi nhiệt độ tăng. Lỗi shunt chủ yếu phụ thuộc vào đặc tính cách điện của các bộ phận có nhiệt độ cao. Điện trở cách điện càng thấp thì lỗi shunt càng dễ xảy ra. Khi điện trở cách điện tăng 10 lần hoặc giảm xuống 1/10 thì sai số shunt sẽ giảm xuống 1/10 hoặc 10 lần. Để giảm lỗi chuyển hướng, nên sử dụng cặp nhiệt điện bọc thép càng nhiều càng tốt để tăng độ dày cách điện. Nếu các biện pháp trên không hiệu quả thì phải sử dụng cặp nhiệt điện lắp ráp.
5. Thay đổi cấu trúc có trật tự trong phạm vi ngắn (trạng thái K)
Cặp nhiệt điện loại K, trong phạm vi nhiệt độ 250 độ -600 độ, hình thành các cấu trúc có trật tự trong phạm vi ngắn do sự thay đổi trong cấu trúc vi mô của chúng, có thể ảnh hưởng đến điện thế và sai số nhiệt điện, được gọi là trạng thái K [3]. Đây là sự thay đổi mạng tinh thể độc đáo của hợp kim Ni Cr. Khi hàm lượng Cr nằm trong phạm vi 5-30%, sẽ xảy ra sự chuyển đổi mất trật tự trong mạng nguyên tử. Các lỗi do thay đổi hàm lượng Cr và nhiệt độ. Làm nóng cặp nhiệt điện loại K từ 300 độ đến 800 độ và tháo nó ra ở điểm 50 độ để đo điện thế. Ở 450 độ , độ lệch tối đa đạt tới 4 độ và trong phạm vi 350-600 độ , đó là độ lệch dương. Do sự hiện diện của trạng thái K, kết quả thử nghiệm tăng nhiệt độ hoặc làm mát của cặp nhiệt điện loại K không nhất quán. Do đó, trong chương trình xác minh cặp nhiệt điện chi phí thấp, trình tự thử nghiệm được quy định rõ ràng là: kiểm tra nhiệt độ từng điểm từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao. Ngoài ra, tại điểm kiểm tra 400 độ, không chỉ hiệu quả truyền nhiệt kém, khó đạt được trạng thái cân bằng nhiệt mà còn xảy ra trong phạm vi sai số trạng thái K tối đa. Vì vậy, hãy cẩn thận đánh giá xem điểm đó có đủ tiêu chuẩn hay không.
Hiện tượng thay đổi cấu trúc có trật tự trong phạm vi ngắn trong hợp kim Ni Cr không chỉ tồn tại ở loại K mà còn ở điện cực dương của cặp nhiệt điện loại E. Tuy nhiên, cặp nhiệt điện loại E chỉ có một biến thể bằng 2/3 loại K. Nói tóm lại, trạng thái K có liên quan đến nhiệt độ và thời gian, và độ lệch sẽ thay đổi lớn khi phân bố nhiệt độ hoặc vị trí cặp nhiệt điện thay đổi. Rất khó để đánh giá chính xác mức độ sai lệch.