热电偶静态测温误差和动态响应

[摘要]热电偶在应用中会出现波动性的误差,在测量中如果采用遮热套和抽气装置可以降低其误差的幅度，经过研究发现,误差的动态相应与抽气逸度有关,所以采用带有遮热套和抽气.装置的热电偶精度较高。
一.热电偶测量误差的产生
1.测量操作的影响
　　测量中热电偶的插入点选择会影响其测量的准确性.生产工艺的差异会导致其测量对象温度改规律不同.而测温点应在恰当的位置进行测量才能保证测量的精度.测温元件热电偶应安装在测量值最能代表介质温度的位置.在半导体生产中，对高温氧化设备温度的测量就不能将其放置在容易产生振动的位置其次插入的深度也会影响测量.热电偶插人介质时会产生热流。当环境温度过高时就会影响传感器上的热量交换.进而影响测量的温度.这样引起的热传导误差.与插入介质的深度有直接关系.而插人深度与保护管材的介质有直接关系如果保护管的材料运行可以插入的深一些。
2.响应时间的干扰
　　热电偶测量是一种非接触的测量方式，其原理是测温元件要与被测对象的热平衡一致.所以在测量上需要一定的时问，才能保证测量的准确性。而生产中温度的改变是不可避免的.此时温度的改变可能在瞬间完成.所以就要求传感器的相应时间必须是毫秒级别，所以普通的温度传感器是不能用于对温度改变的对象的测量.因为其容易在温度改变时出现滞后.所以不能保证测量的精度最好的方式就是选择快速传感器.对热电偶而言除了包含管影响外.热电偶测最端的古径也会影响测量效果.越细则效果越好响应时间也就越短:
3.热量辐射的干扰
　　在测温中介质因为高温会产生辐射,这样的辐射对热电偶血言公起到加热的效果,假定测量介质是透明的.而热屯偶勺容器的温差较大此时就会囚为能量的交换而导致测呈温度的失准.
二.热电偶静态误差模型与其应用
1.影响因素分析
　　综合的分析来看,裸装热电偶受环境高,低温热源辐射和响应时间干扰的影响.很难获得准确的测量结果。所以用于半导体行业扩散氧化设备的热电偶.由于增加了遮热套和防止高温气流波动影响的石英套管.测量过程中误差很小.测量精度比较高，但裸装热电偶用来直接测量气体温度时的误差较大.加装遮热套后可以显著的降低测量温度的误差增加.但是仍不能利用假设条件来实现对测量的需求;同时增加对热传系数可以有效的改变误差的程度.提高精度:且增加抽气的速度或者贼少遮热套的管径都可以有效的增加热流换热系数.在实际的生产过程中.管径对测量误差的影响较为敏感。所以通常利用增加抽气速度的方式来提高校正或者测试精度.再有管套的黑度对测量误差的出现影响较小.材料选择是可以不参考黑度的问题。测量误差的模型建立是一个气流温度的增函数.校正高温气体中裸偶温度的时候利用高速抽气可以提高精度;裸偶测控的情况.减少裸偶黑度、表面光洁度、增强保温效果等也可降低误差、带有热电偶高速抽气装置时.测试部，位保温对共影响也不大.可以不要采用保温来提高精度.
2.热电偶动态模型建立
　　在生产过程中要测量温度改变.就会产生温度波动。当气流出现温度改变的时候.在气流中心的热电偶测量头回出观滞后的情况.温度读出会滞后与温度的变化速度.热电偶遮热套的温度也会改变:此时需费利用热电偶和遮热套的毕渥准数满足相关集总参数分析方法。将集总参数的研究方式代入到影响过程中的热电偶测头和遮热套就会获得能量守征的方程。其大小会受到热电偶和遮热套的密度、休积.热比.血积等相关。
　　在抽气热也偶的工作中.温度波动会相对降低.基于微积分理论川以设热电偶测头对遮热台的热辐射、遮热套对测点内表面的辐射至于其温度成一个线性的关系。这个线性关系分别与热电偶测头利隔热套的时间常数.其人小表示这些参数对气流的温度变化影响最为直接.响应结束后热电偶温度和遮热食的温度即可利用相关方程水出。
三.相关应用分析
　　首先.要提高热电偶的检测准确性，就要选择优质的热电偶。就要控制热电偶的劣化问题:因为热电偶的使用寿命常常与劣化有直接关系,而劣化就是在使用- .段时间后出现的老化现象c因为金属和合金制作的热电偶通常会在高温下出现分子空原增加的情况，同时合金中会存在大量的杂质.其形状也会因为温度而改变，周围环境中的氧化气体会对其产生影响而出现反应:所以在使用中热电偶的敏感程度会在长时间的使用后而出现误差.这时不可避免的,所以应及时的检测并进行更换，才能保证测量的精度。
　　其次,要关注热电偶的使用寿命:在出现劣化的时候.其不是一个时间节点, 而是一个变化过程.随着时间和和环境差异而持续出现。随意应注意其改变而加以控制。不同的形式会出现不同的寿命极限如装配式热电偶,其通常配有保护管。所以在多数的测量场合下保护管会决定热电偶的使用寿命。对热电偶而言.要掌握其寿命规律必须在不同的应用环境中进行经验积累，才能获得准确数据:再如:铠装热电偶.在使用中因为铠装的质量而影响寿命.同时其在测量中容易出现分流误差,通常K型要比s型更容易出现分流误差:同时在材质选定后.铠装热电偶的直径越大其寿命也越长.这些都是在应用中需要注意的。同时饱装热电偶同装配式热屯偶相比.虽有许多优点.但使用寿命往往低于装配式热电偶.
四.结束语
　　热电偶在应用中会因为对气沉速度与温度的改变而出现测量上的滞后.由此出现误差.导致在生产中出现控制失误，而在研究中发现热电偶的误差与共测量的相对稳定性有关.外对误差与动态响应研究中.发现利用遮热套和抽气方式可以降低其误差.所以在实际生产中可以选择重要工艺点来使用此类装置来实现精细控制.