热电偶不均匀性及实验测试方法的分析研究

热电偶不均匀性及实验测试方法的分析研究作者：李海燕

来源：《科技创新导报》2012年第24期

摘要：热电偶不均匀性是影响热电偶测温准确度的主要因素，因此在使用之前需对热电偶的性能以及使用方法等具有深刻的认识。本文探讨了热电偶不均匀性的表现形式以及影响因素，提出了测试热电偶不均匀性的方法。

关键词：热电偶不均匀性实验测试方法分析与研究

中图分类号：TM1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）08（c）-0084-01

热电偶是工业中[1]测量温度所采用的最广泛的一种感温元件。当将热电偶作为感温元件应用在实际工作中时，由于电偶的参考端以及工作端之间存在温差，从而产生了热电势。将热电偶和测量电势的二次测温仪结合使用，可以实现远距测温。但由于热电偶存在着材料等众多影响测量结果准确度的因素，因此在使用的时候要首先了解它的使用特点和性能。

在热电偶测温准确度的影响因素中，热电偶不均匀性是最关键的。如果热电偶的热电极材料是均匀的，那么它的回路热电势只与两端温度有关，而不受电极整一段长度温度分布的影响。如果热电极材料不均匀，则回路中会有附加热电势的产生，从而影响热电偶回路中的总热电势。因此，热电偶均匀性通常被作为衡量热电偶质量的指标。

1 热电偶不均匀性

（1）热电偶不均匀性的表现

热电偶不均匀性表现在热电势沿着热电极丝长度分布的不均匀，它可以分为延伸不均匀性和局部不均匀性。延伸不均匀性是指热电势沿着丝材的长度方向逐渐变化，是丝材在制作过程中产生的或者在不均匀温度场的长期作用下产生的。局部不均匀性是指热电势的分布局限在热电极的某一段上，它会引起热电性能的骤然变化，并且不具有规律性，可能是由于热电极中掺有杂质。在制造热电偶时，用同一种生产炉生产出来的丝材所产生的不均匀性属于延伸不均匀性，而局部不均匀性是针对一对热电偶热电性能的比较而言的。一般可以可以采用温度梯度长度来区分这两种不均匀性，当热电极的长度和温度梯度长度相一致时，可判定该不均匀性为局部不均匀性。

（2）热电偶不均匀性的影响因素[2]

影响热电偶不均匀性的因素有很多，归纳起来，一般是由化学和物理因素引起的。化学因素包括：①热电极材料中含有很多杂质，且杂质成分偏析，分布不均匀②分布在热电极表面上的金属产生局部氧化和挥发，从而造成了热电偶的不均匀；③热电极中除了金属之外，还有一

些其他元素会进行选择性的氧化，也带来了不均匀性；④温度很高时，工作端的热扩散会改变周围的化学成分；⑤自然环境与气侯，以及保护管的材料、绝缘材料等会从局部上污染和腐蚀热电极，造成不均匀。物理因素包括：①应力的分布不均匀，使得电热特性产生差异；②热电极的组成材料中的晶粒的大小以及结构不均匀，从而影响了热电极的电热特性。表1是热电不均匀性的来源：

2 热电偶不均匀性的实验测试方法

（1）同名极法

该方法是把热电偶的不均匀性假定在电偶丝的头部和尾部，将配对热电偶丝的的头尾截去一米左右的长度，焊接成热电偶。或者截去头、中、尾各1.1m的长度，且在任意部位取5.5m 长的一截，将其平分为5段，将这些焊接成热电偶，或者将其与铂丝焊接起来，利用规定的试验温度用同名极法对其热电势进行测量，进一步判断头尾热电势之间的差值是否符合相关技术规范的要求。这种方法不需要专用的设备来，且能和热电偶的示值检定同时间进行，但是由于它不能实现对电极丝的连续测量，因此对不均匀部位的判定也存在不准确的情况。

（2）非接触法[3]

点加热法是将小型的单边炉或者点温炉作为加热源，之所以称为点加热，是因为炉子的体型很小。进行热电偶不均匀性测量的时候，由于为了保持炉温的恒定，可以将炉沿着热电极作轴向的运动，或者固定热源，使热电极移动。利用测量仪器，对热电势的变化进行测量，并记录该部位的热电势变化值，该值即为不均匀电势。

点加热方法能实现对热电偶丝不均匀性的连续测量，并确定其发生的部位，但是由于该方法需要专门的设备，且测量比较复杂，因此并没有得到广泛的应用。对不均匀电势进行测试一般是针对单根的热电极的，当热电偶丝配对时，通常用单根电极的不均匀电势的平方和开方得到的值来表示其最大不均匀性电势。

（3）比较法

从所要检测的热电偶上截下一段丝材，与比较的电极焊接在一起，插入双壁中空的容器或者炉子中，并记录其热电势。比较电极通常要用均匀性很高的同类材料或者其他材料，这样子所产生的热电势不均匀性代表大范围内的不均匀性。该方法具有操作简单的优点，它常被广泛应用于热电极丝材的的质量检验，但是测量效率较低，且不能实现对丝材性能的连续性研究。

（4）接触法

接触法是将被测量的热电偶丝与与之接触的参比热电偶丝之间由于高温所产生的热电势差值连续或者周期性记录下来。该方法可以确定热电偶丝的局部和延伸不均匀性，但是只能应用