真空爐中影響熱電偶溫度測量準確性的因素
來源：公眾號-真空系統(tǒng)解決方案 | 發(fā)布時間：2025-02-15 |
1、真空度：
真空度對溫度測量準確性的影響表現(xiàn)在兩個方面：
a、真空條件下對流傳熱和傳導(dǎo)傳熱很弱，以輻射傳熱為主。接觸法測溫的基本原理是傳感器要與被測對象達到熱平衡，這種熱平衡需要一定時間（稱為響應(yīng)時間），而輻射傳熱的特點是傳熱慢，時間滯后。兩者綜合作用的結(jié)果就是在線測溫系統(tǒng)的結(jié)果往往偏低，即儀表顯示的溫度要低于真空爐內(nèi)的實際溫度，有時可達幾十攝氏度。
b、真空條件下一些飽和蒸氣壓高的元素會蒸發(fā)，如鎳(Ni)、鉻(Cr)、錸(Re)、銠(Rh)等。無論是來自爐子、工件金屬元素的蒸發(fā)，還是熱電偶自身元素的蒸發(fā)，都會污染熱電偶，從而導(dǎo)致溫度測量產(chǎn)生誤差。
2、保護管的材料：
保護管的材料有金屬及陶瓷兩類。當真空爐處于高溫狀態(tài)下，材料的發(fā)射率對測量結(jié)果的影響尤為顯著。由于陶瓷管的發(fā)射率較金屬保護管低，因此，測量結(jié)果將比在同等條件下的金屬管測溫偏低。而爐溫均勻性測試多采用金屬鎧裝熱電偶，控制系統(tǒng)多采用陶瓷管保護的熱電偶。兩者測量結(jié)果受保護管發(fā)射率的影響是不可忽視的。
3、熱響應(yīng)時間：
熱響應(yīng)時間的快慢除了受分度號的影響，還主要取決于熱電偶的結(jié)構(gòu)與測量條件，差別極大。對于氣體介質(zhì)，尤其是靜止氣體，至少應(yīng)保持30min 以上才能達到熱平衡。對于液態(tài)介質(zhì)，最快也要5min以上。
熱響應(yīng)時間對溫度測量結(jié)果影響很大，有資料表明，在進行爐溫均勻性測試時，當用金屬管保護的熱電偶控制溫度時，爐子不超溫，如果用陶瓷管保護的熱電偶，則可超溫達10℃左右。因此如果是軍工或航空認證的企業(yè)，對爐溫均勻性測試精度要求很高，寧肯犧牲熱電偶的壽命，也要用裸絲或金屬保護管。
4、熱電偶插入深度：
熱電偶插入真空爐內(nèi)，沿著保護管長度方向?qū)a(chǎn)生熱流，因此由熱傳導(dǎo)引起的誤差與插入深度有關(guān)，而插入深度又與保護管材質(zhì)有關(guān)：
①金屬保護管的導(dǎo)熱性好，插入深度要深一些，應(yīng)為保護管直徑的15~20倍。
②陶瓷保護管的絕熱性好，插入深度可淺一些，應(yīng)為保護管直徑的10~15倍。
對于工程測溫，其插入深度還與被測對象是靜止或流動等狀態(tài)有關(guān)。如果是流動的液體或高速氣流的溫度測量將不受上述限制。然而，對于真空體系，影響將更大一些。
此外，熱電偶補償導(dǎo)線對測溫系統(tǒng)的影響是不可忽視的。由熱電偶測溫的原理可知，只有當熱電偶冷端溫度保持不變時，熱電偶的熱電動勢才是被測溫度的單值函數(shù)。在工業(yè)應(yīng)用時，如果熱電偶工作端與冷端距離很近，冷端又暴露于容易受到周圍溫度波動影響的空間，這時測量溫度難于準確。
