Kesalahan pengukuran termokopel dan tindakan pencegahan

Abstrak: Termokopel merupakan salah satu sensor suhu yang paling sederhana dan umum. Namun jika tidak ditanggapi dengan serius saat digunakan, hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang lebih besar. Mengingat permasalahan yang ada, faktor utama yang mempengaruhi kesalahan pengukuran antara lain kedalaman penyisipan termokopel, waktu respons, radiasi termal, dan impedansi termal, serta kabel termokopel yang tidak rata, kesalahan aliran pada termokopel lapis baja, oksidasi selektif termokopel tipe-K, keadaan-K. , atmosfer pengoperasian, resistansi isolasi, dan degradasi termokopel. Tindakan pencegahan harus diambil saat digunakan. Untuk meningkatkan akurasi pengukuran dan memperpanjang masa pakai termokopel, hal ini berguna sampai batas tertentu.
memperkenalkan
Dalam sistem pengukuran suhu yang ada, sensor suhu yang paling umum digunakan - termokopel, karena strukturnya yang sederhana, sering disalahartikan sebagai "termokopel dengan dua kabel yang dihubungkan ke kabinet", namun kenyataannya tidak. Walaupun struktur termokopel sederhana, namun masih terdapat berbagai masalah yang mungkin timbul selama penggunaannya. Misalnya, pemasangan atau penggunaan yang salah dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang lebih besar, dan bahkan pengujian termokopel yang memenuhi syarat mungkin disebabkan oleh pengoperasian dan kegagalan yang tidak tepat, seperti karburisasi dalam atmosfer yang mereduksi. Jika tidak ditangani dengan serius, termokopel tipe K juga dapat melebihi toleransi karena oksidasi selektif.
Untuk meningkatkan akurasi pengukuran, mengurangi kesalahan pengukuran, dan memperpanjang umur termokopel, pengguna tidak hanya dituntut memiliki keterampilan pengoperasian instrumen, tetapi juga pengetahuan di bidang fisika, kimia, dan material. Berdasarkan praktik bertahun-tahun dan referensi lebih rinci terhadap informasi yang relevan, kesalahan pengukuran termokopel dan tindakan pencegahannya.
2. Efek heterogenitas kabel termokopel
(1) Bahan termokopel itu sendiri tidak rata
Termokopel diuji di ruang pengukuran, dan menurut aturan, kedalaman penyisipan ke dalam tungku pengujian hanya 300mm. Oleh karena itu, hasil pengujian setiap termokopel hanya dapat mencerminkan atau mencerminkan perilaku mulai dari pengukuran kawat termokopel sepanjang 300mm. Namun, jika termokopel panjang, sebagian besar kabel ganda berada di zona suhu tinggi. Jika kawat termokopel seragam, menurut aturan loop seragam, hasil pengukuran tidak bergantung pada panjangnya. Namun, kabel termokopel yang tidak rata, terutama kabel termokopel logam bermutu rendah, dapat menghasilkan gaya gerak listrik termoelektrik lokal di bawah gradien suhu, yang dikenal sebagai gaya gerak listrik parasit. Kesalahan yang disebabkan oleh potensi parasit disebut kesalahan heterogenitas.
Dalam program validasi yang ada untuk logam mulia dan termokopel paduan rendah, heterogenitas termokopel belum disediakan, dan hanya dalam standar kawat termokopel kabel termokopel memiliki beberapa persyaratan yang tidak merata. Hitung gaya gerak listrik termal menggunakan metode pengujian head to tail. Pabrik produksi kawat termokopel konvensional menghasilkan gaya gerak listrik termoelektrik yang tidak merata sesuai dengan standar nasional untuk memenuhi persyaratan produk.
(2) Kabel termokopel terbuat dari bahan yang berbeda
Untuk termokopel sistem baru, meskipun EMF termal yang tidak merata dapat memenuhi persyaratan, pemrosesan berulang dapat menyebabkan distorsi pada termokopel bengkok yang diproses, yang akan kehilangan keseragaman. Selain itu, karena penggunaan kabel bernomor genap dalam jangka panjang pada suhu tinggi, seperti termokopel yang dimasukkan ke dalam tungku industri, kabel tersebut akan menurunkan atau meratakan kabel sepanjang arah kabel panjang. Dengan meningkatnya suhu, degradasi akan meningkat. Ketika komponen berada di tempat yang gradien suhunya menurun, komponen tersebut juga dapat menghasilkan gaya gerak listrik yang ditumpangkan pada EMF termal total karena kesalahan pengukuran parasit.

3. Kesalahan shunt termokopel lapis baja
(1) Kesalahan pengalihan
Tungku karburasi Grup Huaju yang dilengkapi dengan termokopel lapis baja hanya diperbolehkan selama satu minggu. Untuk mengetahui penyebabnya, penulis mendatangi lokasi untuk diperiksa dan tidak menemukan kelainan, sehingga harus mengambil hasil tes dari ruang pengukuran dan ternyata memenuhi syarat. Jadi apa masalahnya? Terakhir, berdasarkan karakteristik termokopel yang dipasang di lokasi, ditemukan bahwa masalah tersebut disebabkan oleh pengalihan termokopel lapis baja yang salah.
Kesalahan shunt yang disebut diukur menggunakan termokopel lapis baja. Ketika suhu bagian tengah termokopel melebihi 800 derajat C, karena penurunan resistansi isolasi, termokopel menunjukkan fenomena abnormal yang disebut kesalahan shunt. Menurut prinsip rangkaian seragam, pengukuran suhu termokopel hanya terkait dengan suhu di kedua ujung pengukuran dan ujung referensi, dan tidak bergantung pada distribusi suhu di tengah. Namun, karena insulasi termokopel lapis baja adalah bubuk MgO, suhu naik 100 derajat C, dan resistansi insulasi menurun sesuai urutan besarnya. Jika bagian tengah bersuhu tinggi pasti ada arus bocor yang mengakibatkan kesalahan percabangan pada potensial keluaran termokopel.
(2) Kondisi kesalahan pengalihan
Termokopel lapis baja dimasukkan ke dalam tungku, spesifikasi dan kondisi eksperimental: diameter ф 4.8mm, panjang 25m, dengan panjang zona pemanas sentral 20m dan suhu 1000 derajat. Pada percobaan ini perbedaan suhu antara pengukuran termokopel dan bagian tengah adalah 200 derajat. Jika suhu pada ujung pengukuran lebih tinggi dari bagian tengah, maka akan terjadi kesalahan negatif; Sebaliknya, kesalahan positif dihasilkan. Jika perbedaan suhu antara keduanya adalah 200 derajat C, kesalahan pengalihannya sekitar 100 derajat C. Hal ini tidak dapat diabaikan, karena faktor-faktor seperti kondisi kesalahan shunt dan jenis serta diameter termokopel lapis baja [2]
Faktor-faktor yang mempengaruhi dan penanggulangan kesalahan pengalihan
Penting untuk memahami faktor-faktor yang mempengaruhi kesalahan pengalihan dan mengambil tindakan yang tepat untuk mengurangi atau menghilangkan dampak kesalahan pengalihan. Hasilnya menunjukkan bahwa kesalahan shunt pada termokopel lapis baja disebabkan oleh suhu yang tinggi.
(1) Diameter termokopel lapis baja
Untuk termokopel lapis baja tipe K dengan panjang 9m (isolasi MgO), hanya bagian tengah termokopel yang dipanaskan. Hasil percobaan menunjukkan bahwa besarnya kesalahan pengalihan berbanding terbalik dengan akar kuadrat diameternya (diameter terlalu kecil untuk memenuhi aturan ini), artinya semakin kecil diameter maka kesalahan pengalihan semakin besar.
Ketika suhu pusat melebihi 800 derajat , termokopel lapis baja ф 3,2 mm dapat menghasilkan kesalahan shunt. Namun, ф 6.4mm dan ф Ketika suhu tengah termokopel lapis baja 8mm adalah 900 derajat, kesalahan shunt belum terdeteksi. sekitar ф 6.4mm (diameter hotline Φ 1.4mm) dan ф 8mm (diameter kawat pemanas adalah ф Termokopel lapis baja 2.0mm menghasilkan diameter ketika suhu di bagian tengah adalah 1100 derajat termokopel lapis baja ф 8mm. Kesalahan pengalihan hanya ф Setengah dari 6,4 mm Nilai (50%) mendekati kuadrat diameter kawat dua termokopel lapis baja (1,42/2,02), serta rasio kuadrat diameter kawat elektroda, yang merupakan rasio resistansi elektroda kawat Oleh karena itu, untuk mengurangi kesalahan pengalihan, diameter termokopel lapis baja harus dipilih.

(2) Suhu bagian tengah
Jika suhu di bagian tengah melebihi 800 derajat, mungkin ada kesalahan pengalihan, dan ukurannya akan meningkat secara eksponensial seiring dengan meningkatnya suhu. Oleh karena itu, kecuali ujung pengukuran, bagian lain harus dihindari sebisa mungkin di atas 800 derajat.
1) Panjang dan posisi zona pemanasan di bagian tengah
Ketika suhu di tengah zona pemanasan lebih tinggi dari 800 derajat, semakin panjang zona pemanasan dan semakin jauh dari ujung pengukuran, semakin besar kesalahan pengalihan. Oleh karena itu, panjang strip pemanas harus sependek mungkin dan tidak boleh dipanaskan dari ujung pengukuran untuk mengurangi kesalahan pengalihan.
(3) Resistansi kabel termokopel
Jika diameter termokopel berselubung sama, kesalahan shunt akan meningkat seiring dengan meningkatnya resistansi kawat termokopel. Oleh karena itu, lebih baik menggunakan kabel termokopel resistansi kecil. Misalnya, dibandingkan termokopel tipe K, termokopel lapis baja tipe S dengan diameter yang sama akan mengurangi kesalahan shunt sebesar 40%. Oleh karena itu, termokopel tipe S dapat digunakan untuk mengukur distribusi medan suhu tungku, yang mahal namun lebih akurat.
(4) Resistensi isolasi
Pada suhu tinggi, resistivitas oksida menurun secara eksponensial dengan meningkatnya suhu. Kesalahan shunt terutama bergantung pada karakteristik insulasi komponen bersuhu tinggi. Semakin rendah resistansi isolasi maka semakin mudah terjadinya kesalahan shunt. Ketika resistansi isolasi meningkat 10 kali lipat atau turun menjadi 1/10, kesalahan shunt akan berkurang menjadi 1/10 atau 10 kali lipat. Untuk mengurangi kesalahan pengalihan, termokopel lapis baja harus digunakan sebanyak mungkin untuk meningkatkan ketebalan insulasi. Jika tindakan di atas tidak efektif, termokopel rakitan harus digunakan.
5. Perubahan struktural jangka pendek (keadaan K)
Termokopel tipe-K, pada kisaran suhu 250 derajat -600 derajat, membentuk struktur terurut jarak pendek karena perubahan struktur mikronya, yang dapat mempengaruhi potensi dan kesalahan termoelektrik, yang dikenal sebagai keadaan-K [3]. Ini adalah perubahan kisi unik dari paduan Ni Cr. Ketika kandungan Cr berada dalam kisaran 5-30%, terjadi transisi ketidakteraturan dalam kisi atom. Kesalahan disebabkan oleh perubahan kandungan Cr dan suhu. Panaskan termokopel tipe K dari 300 derajat hingga 800 derajat dan lepaskan pada titik 50 derajat untuk mengukur potensial. Pada 450 derajat , deviasi maksimum mencapai 4 derajat , dan dalam kisaran 350-600 derajat , merupakan deviasi positif. Karena adanya keadaan K, hasil uji kenaikan suhu atau pendinginan termokopel tipe K tidak konsisten. Oleh karena itu, secara jelas ditentukan dalam program verifikasi termokopel berbiaya rendah bahwa urutan pengujian adalah: pengujian suhu titik demi titik dari suhu rendah ke suhu tinggi. Selain itu, pada titik uji 400 derajat, efek perpindahan panas tidak hanya buruk dan sulit mencapai kesetimbangan termal, tetapi juga terjadi dalam kisaran maksimum kesalahan keadaan K. Oleh karena itu, putuskan dengan cermat apakah poin tersebut memenuhi syarat.
Fenomena perubahan struktural terurut jangka pendek pada paduan Ni Cr tidak hanya terjadi pada tipe K tetapi juga pada elektroda positif termokopel tipe E. Namun termokopel tipe E hanya 2/3 dari tipe K sebagai variasi. Singkatnya, keadaan K berhubungan dengan suhu dan waktu, dan deviasinya akan sangat berubah ketika distribusi suhu atau posisi termokopel berubah. Sulit untuk memperkirakan besarnya deviasi secara akurat.