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        淺談熱電偶在測量環境溫度出現誤差源漂移的簡短解釋

        發布時間:2019-07-05 11:35:37來源:


              當使用熱電偶測量環境溫度時,如果環境溫度恒定,則預期獲得的電壓不會改變。實際上,即使環境溫度恒定,電壓也會隨時間變化:這種現象稱為漂移,是熱電偶測量中的誤差源。由于熱電偶運行期間熱電元件的冶金變化而發生漂移:由于這些變化是時間依賴性的,因此電壓從預期值(漂移)的變化是時間依賴性的。圖1顯示了在500°C下暴露的1.5mm直徑裸線K型熱電偶的漂移示例:以微伏為單位的電壓變化報告為曝光時間的函數。
         
        圖1:在500°C下暴露的1.5mm直徑裸線K型熱電偶的漂移。
              為了理解更好的漂移,讓我們考慮以下示例:讓我們假設曝光前的熱電偶(case1,圖2)具有30μV/ K的恒定塞貝克系數,并且熱電偶的結點在環境中浸沒500小時因此,在1000°C時,熱電偶暴露在400°C和600°C之間的部分的塞貝克系數變化達到40μV/ K(情況2,圖2)。所產生的電壓可以為情形1(計算Equation4)和情形2(Equation5)如下:
              圖2:塞貝克系數的變化示例,因為熱電偶在1000°C時間依賴于時間; 情況1表示曝光前的塞貝克系數,情況2報告曝光后塞貝克系數的最終變化。由于附加電壓ΔEmf,曝光后的總電壓(情況2)與未曝光的熱電偶(情況1)的電壓不同。這是塞貝克系數在400和600°C之間發生變化的結果。通用公式可以是:
        圖4    Equation6
              其中E 0是預期電壓,ΔE1,ΔE2,...,ΔEn是漂移的不同成分,所有這些都與一種冶金改性有關。作為第二個例子,圖3顯示了具有恒定塞貝克系數的熱電偶上的溫度梯度,塞貝克系數在兩個不同位置經歷了兩次變化:
              在熱電偶總長度L的0.3和0.4之間,第一次從30變化到40μV/ K,
              在熱電偶總長度L的0.8和0.9之間,從30到40μV/ K的第二個變化。
              第二次變化發生在零溫度梯度的區域,而第一次變化發生在較低溫度,但是在正溫度梯度的區域。
              值得注意的是,方程式6中的積分是通過引入溫度梯度并沿熱電偶的長度積分來編寫的:該公式等效于公式4,但允許我們注意到當溫度梯度為零時積分為零。因此,塞貝克系數的變化是漂移的必要條件,但它不是充分條件:塞貝克系數的變化需要在溫度梯度的區域內發生。因此,圖3中較低溫度下的變化只會導致漂移。
        可以從前面的示例中最終得出以下注釋:
              即使冶金變化是溫度激活的,但不一定是在較高溫度下發生的變化是主要的,因為在較高溫度下熱電偶的部分通常經歷較不陡的梯度;
              影響塞貝克系數的低溫和高溫現象都需要考慮漂移;
              熱電偶連接處的變化通常對漂移沒有任何作用,因為可以假設結處于恒定溫度。
          
              圖3:沿熱電偶長度的不同相對位置的塞貝克系數變化(曝光后)的一個例子,以說明溫度梯度和塞貝克系數漂移變化的作用。
        漂移中涉及的冶金現象可以區分為:
              表面改性,由于熱電元件和熱電元件周圍環境之間的相互作用,與熱電元件的變化有關,批量修改,與熱電元件的體積變化有關。
        表格修改清單如下:
              氧化(裸線配置),
              元素的耗盡形成熱電元件(裸線/ MIMS配置)
              環境污染(裸線/ MIMS配置),
              與絕緣體的相互作用(MIMS配置),
              與護套的相互作用(MIMS配置)
        在批量修改中,可列出以下現象:
              相變
              短/長距離排序轉換
              糧食增長
              殘余應變和位錯湮滅
              再結晶
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