热电偶的特点及校准过程b

1热电偶的特点及校准过程李欣市场技术部福禄克公司计量校准部(中国)2013-4-25FlukeCalibration2主题•热电偶的原理及特点•典型校准方法―热电偶测温元件的校准―热电偶温度校准仪的校准FlukeCalibration3赛贝克电流

金属１FlukeCalibrationT1

电流金属２T24热电偶的原理

•热电偶测温原理

―SeebeckEffect塞贝克效应

Copper铜原理图热端Iron铁冷端T1AC冷端等效图热端BT2CVFlukeCalibration5常见热电偶类型及特点•热偶的分类―按材质：*贵金属热偶•S/R/B*廉金属热偶•K/J/E/N/T/…―按用途和等级*工作用热电偶•用于测温*标准热电偶•作为标准FlukeCalibration6热电偶的表达•热偶的表达•每种热偶都有其特定的数学表达式（温度与电势的输出关系）•其表达式是非线性的•分度表-电压与温度的对应关系•检定规程附录FlukeCalibration7热电偶特性曲线FlukeCalibrationSRB8贵金属热电偶型号

名称铂铑10-铂热电偶,俗称单铂铑热电偶

优点在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中,不需用补偿导线进行补偿

缺点热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵

测温范围长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃铂铑13-铂热电偶R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当;研究表明：R型热电偶的稳定性和复现性比S型同上热电偶均好长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃

铂铑30-铂在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最 铑6热电偶；好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高 双铂铑热等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可 电偶短期用于真空中，不需用补偿导线进行补偿FlukeCalibration不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃N热电偶E电偶J电偶T9廉金属热电偶型号名称优点缺点测温范围镍铬-镍硅线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀不能直接在高温下用于硫，-200~1300℃K热电偶性较好，抗氧化性能强，价格便宜等，能用于氧化性还原性或还原，氧化交替惰性气氛中的气氛中和真空中，也不

推荐用于弱氧化气氛中镍铬硅-镍线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均不能直接在高温下用于硫，-200~1300℃硅热电偶匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序还原性或还原，氧化交替 化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很的气氛中和真空中，也不有发展前途的热电偶推荐用于弱氧化气氛中镍铬-铜镍热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制不能直接在高温下用于硫，-200~900℃

成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的还原性气氛中，热电势均 腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。E热电偶还匀性较差 具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热 电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中铁-铜镍热线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均正极铁在高温下氧化较快，-200~1200

匀性较好，价格便宜等,可用于真空，氧化，还原和故使用温度受到限制，也通常使用的温度惰性气氛中不能直接无保护地在高温范围为0~750℃

下用于硫化气氛中 铜-铜镍热线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均T型热电偶的正极铜在高-200~350℃

匀性较好，价格便宜等,特别在-200~0℃温区内使用，温下抗氧化性能差 稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可 作为二等标准进行低温量值传递FlukeCalibration热电偶测温的特点

优点

测温范围宽 结实耐用 响应时间快 无须外部激励 制造容易，价格低

•热偶的应用场合

―高温的测量场合

―精度要求不高的场合FlukeCalibration

缺点

准确度不高 稳定性差需要对冷端进行补偿10典型热电偶温度检定/校准系统热偶检定炉热电偶测温仪表计算机软件冰点槽FlukeCalibration11热电偶测温以及检定中的常见问题

•补偿导线及连接

―正确选择和使用

•冷端补偿

―选择合适的冷端补偿

•冰点的制作

―要点

•热电偶检定系统

―热偶炉的操作

―热偶炉温场性能FlukeCalibration12补偿导线及连接

•补偿导线的作用

―延长测量距离

•补偿导线的分类

―延伸型－与热偶相同的材料

―补偿型－在常温用与热电偶温度特性相同的金属线， 不改变改热偶的热电关系

•热电偶接头也是补偿导线的一部分FlukeCalibration13常见补偿导线和连接头FlukeCalibration14热电偶冷端温度补偿问题

•实际测得的温度是工作端（热端）V

和测量端（冷端）之差：T1-T2•只有测量端（冷端）为0度时，热V1

电偶测得的电压才能反映热端的温 度•外部补偿：制作一个温度为0度的V2

冷端（或者已知的温度）•内部补偿：是用仪表测量实际参考0T2T1T端温度，将最终的测量值进行相应的温度补偿。工作端T1AT2铜VFlukeCalibrationB铜15+-0℃冰点槽CCCCC外部冷端补偿

•外部冷端补偿原理

―原理：保证T2＝0 ―应用：使用冰点槽或其他已有准确温度值的外部热源

•外部冷端补偿特点

―准确度高

―需外部设备

+VTC(TTC)Vo=VTC(TTC)T1-FlukeCalibration

0°VJ1(0°)VJ2(0°) [VJ1(0°)+VJ2(0°)=0]T216冰点的制作

•外部冷端补偿，（0℃）检定温度计

•冰水混合物=冰点？

•制作冰点的要点：

―使用纯净的水制冰

―不应用手直接接触冰或水

―制冰容器和盛放冰点必须用纯净的水清洗

―“绿豆大小”的冰粒比较理想

―用水“洗冰”，使并表面“发乌”

―水不应过多，避免将冰浮起FlukeCalibrationX√17内部冷端补偿

•被测物体的实际温度为T1，热电偶冷端温度为T2V•若V1是热偶冷端温度为零，T1时的电压，

V2是热偶冷端温度为零，T2时的电压•当热偶冷端温度为T2,

实际测量电压V1V2Va＝V1–V2（1）0T2T1T•保证测量准确的方法：加上冷端补偿电压V2

V1=（V1-V2）+V2 =Va+V2FlukeCalibration=实际测量电压+冷端补偿电压（2）18内部冷端补偿

•内部冷端补偿原理

―原理：

V1=Va+V2 =实际测量电压+冷端补偿电压

―冷端温度由测温仪内置的测温元件测出

―冷端补偿电压由计算机算出。•内部冷端补偿特点热电偶正端测温元件T2FlukeCalibration―方便，不需外部设备―准确度降低

测量温度的误差

测温点与连接点温度不易一致T1热电偶负端测温仪19热电偶检定系统

•福禄克检定系统

全套专用测温设别，全部自动控制 每个都是独立系统，可分可合 热偶炉独立控温 卓越温场性能

•传统检定系统的构成

多为多个厂家产拼凑合构成的系统 采用数字表加多路开关模式

热偶炉无法独立控温 温场稳定性差 高温漏电问题FlukeCalibration20温度校验仪表——热电偶部分

•JJF1309-2011《温度校准仪校准规范》

―规程适用于各种温度校准仪

―也可以是多功能校准仪中的一部分

―实际上主要是过程仪表校验仪中的温度部分

•规定了有关温度的校准方法

―热电阻测量功能的校准

―热电阻输出功能的校准

―热电偶测量功能的校准

―热电偶测输出功能的校准FlukeCalibration21校准温度校准仪的热电偶功能

•温度校准仪可以测量热电偶，显示对应的温度

•此时，它相当于一个热电偶测温仪

―其热电偶测温不确定度一般为0.5C~2.5C

―温度校准仪的参考端温度补偿功能必须校准

•温度校准仪也可以按设定的温度输出热电偶毫伏值

•此时，温度校准仪相当于一个工作的热电偶

―其热电偶输出不确定度一般为0.4C~2.5C

―输出毫伏值与参考端温度有关FlukeCalibration22校准校验仪的热电偶测量功能

校验仪可以测量热电偶，显示对应的温度

•此时，校验仪相当于一个热电偶测温仪

•需要向一个既对应热电偶参考端（过程仪表校验仪接线端），又对应 热电偶工作端温度的标准毫伏值

•国内一般常采用的校准方法比较复杂

•可以用7526或5502/5522作为标准，直接校准过程仪表校验仪

―一般的过程仪表校验热电偶测温仪可以用5502/5522校准

―性能好的过程仪表校验仪电阻热电偶测温仪可以用7526校准

5522A多功能校准器

7526A多功能热工校准器FlukeCalibration23国内一般常采用的校准方法

•标准电压源由铜导线连接至冰点恒温槽，再经补偿导线连接至校验仪

―补偿导线须根据工作温度经过校准修正

•校验仪按热电偶类型设置测量功能

•打开校验仪的参考端温度自动补偿功能

•设置标准电压源输出各校准温度值Ts所对应的电压值，读取校验仪温度 读数Td，计算出温度误差T。

5522A

过程仪表校准仪（测量）FlukeCalibration热电偶接头

补偿线铜线多产品校准仪24e/Si国内一般校准方法的难点

•需要高性能的冰点恒温槽

―冰点槽的制作、维护都很麻烦

•补偿导线须根据工作温度经过校准修正，得各点电压修正值e

―补偿导线的校准修正工作量很大

•计算量大

―查表或计算热电偶被校温度点的塞贝克系数Si

―计算热电偶补偿导线的电压修正值的温度对应值

―计算测量温度误差：T=Td–（Ts+e/Si）

5522AFlukeCalibration754A过程仪表校准仪（测量）热电偶接头

补偿线铜线多产品校准仪25改进的校准方法一

•标准电压源由铜导线连接至有标准温度计（读数Tb）的保温水杯，再经补 偿导线连接至校验仪

•校验仪按热电偶类型设置模拟热电偶输出功能

―校验仪的参考端温度自动补偿功能需打开

•设置标准电压源输出各校准温度值T1所对应的电压值Vo Vo=V(TS)-V(Tb)•读取校验仪的温度读数Td，计算出温度误差：

标准温度计Tb

热电偶接头

铜线 补偿线

T=Td-Ts

5522A多产品校准仪FlukeCalibration754A过程仪表校准仪（测量）室温26

改进校准方法一的优点•不需要冰点恒温槽，只需要一个准确测温的保温水杯

―保温杯中的水只需要稳定于实验室环境温度条件

―用标准温度计准确测量杯中水的温度，不确定度应优于0.05℃，•补偿导线无需校准修正

―由于补偿导线两端的温差很小，由补偿线所引入的误差更小•计算量稍大

―查表计算温度值与电压的对应值：V(TS)和V(Tb)

―计算校准器设置输出

Vo=V(TS)-V(Tb)―计算温度测量误差

T=Td-TS热电偶接头

补偿线标准温度计Tb

铜线

5522A多产品校准仪FlukeCalibration754A过程仪表校准仪（测量）室温27改进的校准方法二

•校验仪由补偿导线连接至温度标准源（7526/55XX)的热电偶输出端

•校验仪设置为热电偶测量功能

•温度标准源设置为对应热电偶输出功能

•校验仪和温度标准源的参考端温度自动补偿功能都需打开

•设置温度标准源为各校准温度值TS，输出所对应的电压值，读取校验仪的温度读数Td，温度误差为：T=Td-TS754A过程仪表校准仪（测量）•方便,快捷,计算量小！

7526A热工多产品校准器FlukeCalibration28用温度标准源校准的优点及需要注意的问题

•不需要冰点恒温槽

―由温度标准源提供精密参考端温度补偿―7526A热电偶不确定度0.08C

―也可以用5522/5502校准精度稍低的过程校准器，不确定度0.14C•补偿导线无需校准修正

―由于补偿导线两端的温差很小，由补偿线所引入的误差更小•计算量小：T=Td-Ts=0.1℃

两个温度读数之差

•需要注意：

―确认标准语被校准表的准确度比例

―使用正确的补偿导线

754A过程仪表

校准仪（测量）FlukeCalibration

5520A多产品校准仪29校准热电偶输出功能

过程仪表校验仪可以按设定的温度输出热电偶毫伏值

•此时，过程仪表校验仪相当于一个工作的热电偶

―过程仪表校验仪热电偶测温仪不确定度一般为0.4℃~2.5℃ ―输出毫伏值与参考端温度有关

•需要提供热电偶参考端补偿,用标准电压表/测温仪测量毫伏值

―8508A是最合适的标准数字多用表

―7526A是最合适的高精度测温仪

•与热电偶测量功能类似，国内一般常采用的校准方法也比较复杂FlukeCalibration7526A多功能热工校准器8508A标准数字多用表30国内一般常采用的校准方法

•校验仪由补偿导线连接至冰点恒温槽，再经铜导线连接至标准数字电压表

•校验仪按热电偶类型设置模拟输出功能

―校验仪的参考端温度自动补偿功能需要打开

•补偿导线必须根据工作温度校准修正

•设置校验仪输出各校准温度值TS所对应的电压值VTs，读取标准数字电压表的 电压读数V0，计算出温度误差T。

8508A高精度数字表

热电偶接头

铜线 补偿线

754A过程仪表校准仪（输出）FlukeCalibration31国内一般校准方法的难点

•需要高性能的冰点恒温槽

―冰点槽的制作、维护都很麻烦

•补偿导线须根据工作温度经过校准修正。

―补偿导线的校准修正工作量很大

•计算量比较大

―查表、计算热电偶的温度与电压的对应值VTs

―计算测量电压误差V=Vd+e-VTs

―查表或计算被校温度点的塞贝克系SiFlukeCalibration―将测量的电压误差换算为该点的温度误差：T=V/Si

热电偶接头

铜线 补偿线

754过程仪表校准仪（输出）8508A高精度数字表32改进的校准方法一

•校验仪由补偿导线连接至一个内有标准温度计（读数Tb）的保温水杯，再经铜导 线连接至标准数字电压表

•校验仪按热电偶类型设置模拟输出功能

―校验仪的参考端温度自动补偿功能需打开

―设置校验仪输出各校准温度值T1所对应的电压值VTs，读取标准数字电压表的电 压读数Vd，

―查表或计算出温度误差：T=（Vd+VTb-VTs）/Si

8508A高精度数字表

标准温度计Tb

热电偶接头

室温

754过程仪表校准仪（输出）FlukeCalibration33改进的校准方法一的要点

•不需要冰点恒温槽，只需要一个准确测温VTb的保温水杯

―保温杯中的水只需要稳定于实验室环境温度条件

―用标准温度计准确测量杯中水的温度，不确定度应优于：0.05℃，

•补偿导线无需校准修正

―由于补偿导线两端的温差很小，由补偿线所引入的误差可以忽略

•计算量稍大―查表计算温度值与电压的对应值：VTs和VTb―计算测量电压误差V=Vd+VTb-VTs

―查表计算被校温度点的塞贝克系数：Si

―计算温度测量误差T=V/Si

标准温度计 热电偶接头

754过程仪表校准仪（输出）FlukeCalibration室温8508A高精度数字表34改进的校准方法二

•校验仪由补偿导线连接至7526A的热电偶测量端

•校验仪按热电偶类型设置模拟输出功能

•7526A设置为对应热电偶的测温功能

―校验仪和7526A的参考端温度自动补偿功能都需打开

•设置校验仪输出各校准温度值T1所对应的电压值，读取7526A校准器的温

度读数Td，•计算出温度误差：=Td-Ts754过程仪表校准仪（输出）•方便、快捷，计算量小！

7526A热工多产品校准器FlukeCalibration35改进的校准方法二的优点•不需要冰点恒温槽

―由温度标准源提供参考端温度补偿

754过程仪表校准仪（输出）―7526A热电偶不确定度0.08℃

―也可以用5522/5502校准准确度稍低的过程校准 器，不确定度0.14C•补偿导线无需校准修正

―由于补偿导线两端的温差很小， 由补偿线所引入的误差可以忽略•计算量小：=Td-Ts=-0.16℃

两个温度读数之差

5520A

多产品校准仪FlukeCalibration36V1几个值得注意的问题

1.在校准热电偶测量/