闻杰等

摘要： 热电偶是工业温度测量常用的传感器，它具有精度高、经济和温度宽的特点。然而在测量过程中热电偶也会因为测量条件和环境限制而导致出现测量结果的不稳定性。例如：污染、氧化、还原、物理条件、脆裂、照射就是影响热电偶测量结果不稳定性的主要来源。

关键词： 热电偶；环境限制；测量条件；不稳定性；主要来源

中图分类号：TM91 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0033-02

0 引言

热电偶是工业温度测量常用的传感器，其优点是：①测量精度高；②测量范围广；③构造简单；④使用方便。热电偶是一种感温元件，其工作原理是基于赛贝克效应，即两种不同成分的导体回路，如两连接端温度不同，则在回路内产生热电流的物理现象。

作为工业测温中最广泛使用的温度传感器之一，它与铂热电阻一起，约占整个温度传感器总量的60%，热电偶通常和显示仪表等配套使用，直接测量各种生产过程中40～1800℃范围内的液体、蒸气和气体全日制以及固体的表面温度。

热电偶的不稳定性是指在一定的温度下，热电偶的热电特性随时间和使用条件的不同而发生变化的程度。如果不稳定性严重，热电偶的热电特性变化就大，测温的准确性就差，反之稳定性好，热电偶的热电特性变化就小，测温的准确性就高。因此，不稳定性反映了热电偶测温的准确程度。在平时的工作和学习中，笔者总结出如下热电偶不稳定性来源。

1 污染

由环境或保护管带来的杂质，在温度梯度区使热电偶的一极或二极污染，这也许就是不稳定的主要原因。杂质会被直接吸收，经证明：铂铑合金对铁的污染是很敏感的，铁往往是陶瓷保护管套中的杂质。

由于直接接触或金属成分的分解和进一步的蒸发也会产生污染。热电偶直接暴露在炉子蒸气中似乎比保护管污染还更为有害，因此几乎总是使用保护管。在组装热电偶时，如不特别注意也会造成污染，在焊接热端和插入套管时很容易带进表面杂质。用手接触金属丝会形成油膜，所以特别要禁忌。

2 挥发

在任何合金的热电偶电极中总有一种元素首先在高温下挥发。因此，热电偶的热电动势可能发生很大变化。有时挥发会限制热电偶的使用时间。

3 氧化

许多热电偶由于一根或二根电极被氧化造成不稳定，有时甚至完全失效。对于铜-康铜、铁-康铜、镍铬-镍铝等许多热电偶氧化决定了它们的最高工作温度。在某些应用中保护管充惰性气体或还原性气体可阻止氧化。但是在另一个方面，由于某些其他原因，这些气氛会增加不稳定性。一种元素先氧化往往会改变热电偶电极合金的含量，从而也改变分度值。由于氧化，热电偶热端的焊接要在惰性或还原性气氛中进行。

4 还原

正如氧化限制了某些热电偶一样，还原也限制其他一些热电偶的使用。大多数铂铑热电偶不应长时期在还原气氛中使用，这是由于残留氧化杂质的影响，长时间逐渐还原会损害金属的状态。

5 物理条件

剧烈的弯曲或其他任何类型的加工硬化在热电偶丝中形成的内应力可能产生物理上的不均匀性，细心操作可以避免大部分由此引起的不均匀性。装配好的热电偶经过适当的退火也可在某种程度上减少这种不均匀性。

6 脆裂

脆裂是造成热电偶损坏的最常见的原因。污染、氧化、高温下长期暴露以致再结晶（钨、铱）或一些其他反应都会使热电偶脆裂。

7 照射

每当热电偶用于测量核反应堆温度或可能产生中子轰击的其他环境，由于一种或多种元素蜕变产生的成分改变也会造成不稳定性。成分的改变取决于热中子通量、照射时间等因素，一般可以计算。但是，它对于热电偶分度值的影响是不能计算的。

在商品热电偶中镍铬-镍铝和铁-康铜热电偶在中子轰击下是稳定的。在这些合金中只有一种元素—铜会发生本质变化，所以铜-康铜热电偶不稳定。虽然铂是稳定的，但由于铑会转化为钯，所以铂铑热电偶也不稳定。

除蜕变外，中子照射可使偶丝或绝缘管变热，也可能在绝缘套管中产生电离从而增加漏导。

参考文献：

[1]陈黎敏.热电偶传感器工作原理[M].机械工业出版社，2010，06.

[2]李忠虎.热电偶应用问题综述[J].工业计量，2007，02.

[3]明红.热电偶不稳定性影响因素及测试方法[J].计量与测试技术，2010，08.endprint