ข้อผิดพลาดและข้อควรระวังในการวัดเทอร์โมคัปเปิล

บทคัดย่อ: เทอร์โมคัปเปิลเป็นหนึ่งในเซนเซอร์วัดอุณหภูมิที่ง่ายที่สุดและแพร่หลายที่สุด อย่างไรก็ตาม หากไม่ดำเนินการอย่างจริงจังระหว่างการใช้งาน อาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการวัดที่ใหญ่ขึ้นได้ เมื่อพิจารณาถึงปัญหาที่มีอยู่ ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อข้อผิดพลาดในการวัด ได้แก่ ความลึกในการแทรกเทอร์โมคัปเปิล เวลาตอบสนอง การแผ่รังสีความร้อน และความต้านทานความร้อน ตลอดจนสายเทอร์โมคัปเปิลที่ไม่สม่ำเสมอ ข้อผิดพลาดในการไหลในเทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ การออกซิเดชันแบบเลือกสรรของเทอร์โมคัปเปิลชนิด K, สถานะ K บรรยากาศการทำงาน ความต้านทานของฉนวน และการเสื่อมสภาพของเทอร์โมคัปเปิล ควรใช้ความระมัดระวังระหว่างการใช้งาน เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัดและยืดอายุการใช้งานของเทอร์โมคัปเปิ้ล จะมีประโยชน์บ้าง
แนะนำ
ในระบบวัดอุณหภูมิที่มีอยู่ เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิที่ใช้บ่อยที่สุด - เทอร์โมคัปเปิล เนื่องจากมีโครงสร้างที่เรียบง่าย มักถูกเข้าใจผิดว่าเป็น "เทอร์โมคัปเปิลที่มีสายไฟสองเส้นเชื่อมต่อกับตู้" แต่ในความเป็นจริงแล้ว ไม่ใช่เลย แม้ว่าโครงสร้างของเทอร์โมคัปเปิลจะเรียบง่าย แต่ก็ยังมีปัญหาต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการใช้งาน ตัวอย่างเช่น การติดตั้งหรือการใช้งานที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้มากขึ้น และแม้แต่การทดสอบเทอร์โมคัปเปิลที่เข้าเกณฑ์ก็อาจเนื่องมาจากการทำงานและความล้มเหลวที่ไม่เหมาะสม เช่น การเกิดคาร์บูไรเซชันในบรรยากาศรีดิวซ์ หากไม่ดำเนินการอย่างจริงจัง เทอร์โมคัปเปิลชนิด K ก็อาจเกินความคลาดเคลื่อนได้เนื่องจากการคัดเลือกออกซิเดชัน
เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการวัด ลดข้อผิดพลาดในการวัด และยืดอายุการใช้งานของเทอร์โมคัปเปิล ผู้ใช้ไม่เพียงแต่ต้องมีทักษะในการใช้งานเครื่องมือเท่านั้น แต่ยังต้องมีความรู้ด้านฟิสิกส์ เคมี และวัสดุด้วย อิงจากการปฏิบัติมานานหลายปีและการอ้างอิงโดยละเอียดเพิ่มเติมไปยังข้อมูลที่เกี่ยวข้อง ข้อผิดพลาดในการวัดของเทอร์โมคัปเปิลและมาตรการป้องกัน
2. ผลที่แตกต่างของสายเทอร์โมคัปเปิล
(1) วัสดุเทอร์โมคัปเปิลนั้นไม่สม่ำเสมอ
เทอร์โมคัปเปิลได้รับการทดสอบในห้องตรวจวัด และตามกฎแล้ว ความลึกของการใส่เข้าไปในเตาทดสอบคือเพียง 300 มม. ดังนั้นผลการทดสอบของเทอร์โมคัปเปิลแต่ละตัวจึงสะท้อนหรือสะท้อนพฤติกรรมโดยเริ่มจากการวัดลวดเทอร์โมคัปเปิลยาว 300 มม. เท่านั้น อย่างไรก็ตามเมื่อเทอร์โมคัปเปิลมีความยาว สายคู่ส่วนใหญ่จะอยู่ในโซนที่มีอุณหภูมิสูง หากลวดเทอร์โมคัปเปิลมีความสม่ำเสมอตามกฎวงสม่ำเสมอ ผลการวัดจะไม่ขึ้นอยู่กับความยาว อย่างไรก็ตาม ลวดเทอร์โมคัปเปิลที่ไม่สม่ำเสมอ โดยเฉพาะลวดเทอร์โมคัปเปิลที่เป็นโลหะเกรดต่ำ สามารถสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริกเฉพาะที่ภายใต้การไล่ระดับอุณหภูมิ หรือที่เรียกว่าแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบปรสิต ข้อผิดพลาดที่เกิดจากศักยภาพของปรสิตเรียกว่าข้อผิดพลาดด้านความหลากหลาย
ในโปรแกรมการตรวจสอบที่มีอยู่สำหรับโลหะมีค่าและเทอร์โมคัปเปิลอัลลอยด์ต่ำ ยังไม่มีการระบุความแตกต่างของเทอร์โมคัปเปิล และเฉพาะในมาตรฐานลวดเทอร์โมคัปเปิลเท่านั้นที่สายเทอร์โมคัปเปิลมีข้อกำหนดที่ไม่สม่ำเสมอ คำนวณแรงเคลื่อนไฟฟ้าความร้อนโดยใช้วิธีการทดสอบหัวถึงหาง โรงงานผลิตลวดเทอร์โมคัปเปิลทั่วไปสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกที่ไม่สม่ำเสมอตามมาตรฐานแห่งชาติเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของผลิตภัณฑ์
(2) สายเทอร์โมคัปเปิลทำจากวัสดุที่แตกต่างกัน
สำหรับเทอร์โมคัปเปิลของระบบใหม่ แม้ว่า EMF ความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอจะสามารถตอบสนองความต้องการได้ แต่การประมวลผลซ้ำๆ อาจนำไปสู่การบิดเบี้ยวของเทอร์โมคัปเปิลโค้งงอที่ผ่านการประมวลผล ซึ่งจะสูญเสียความสม่ำเสมอ นอกจากนี้เนื่องจากการใช้งานในระยะยาวของลวดเลขคู่ที่อุณหภูมิสูง เช่น เทอร์โมคัปเปิ้ลที่เสียบเข้าไปในเตาอุตสาหกรรม พวกมันจะเสื่อมสภาพหรือตีเกลียวตามทิศทางของลวดยาว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเสื่อมโทรมก็จะเพิ่มขึ้น เมื่อส่วนประกอบอยู่ในตำแหน่งที่การไล่ระดับอุณหภูมิลดลง ยังสามารถสร้างแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ซ้อนทับบน EMF ความร้อนรวมได้ เนื่องจากข้อผิดพลาดในการวัดปรสิต

3. ข้อผิดพลาดสับเปลี่ยนของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะ
(1) ข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน
เตาคาร์บูไรซิ่งของ Huaju Group ที่ติดตั้งเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะนั้นอนุญาตให้ใช้ได้เพียงหนึ่งสัปดาห์เท่านั้น เพื่อหาสาเหตุผู้เขียนได้ลงพื้นที่ตรวจสอบแล้วไม่พบสิ่งผิดปกติจึงต้องนำผลการทดสอบจากห้องตรวจวัดพบว่ามีคุณสมบัติเหมาะสม แล้วปัญหาคืออะไร? สุดท้ายนี้ จากลักษณะเฉพาะของเทอร์โมคัปเปิ้ลที่ติดตั้ง ณ จุดเกิดเหตุ พบว่าปัญหาเกิดจากการเปลี่ยนทิศทางของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะที่ไม่ถูกต้อง
ข้อผิดพลาด shunt ที่เรียกว่าวัดโดยใช้เทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะ เมื่ออุณหภูมิของส่วนตรงกลางของเทอร์โมคัปเปิลเกิน 800 องศาเซลเซียส เนื่องจากความต้านทานของฉนวนลดลง เทอร์โมคัปเปิลจะบ่งบอกถึงปรากฏการณ์ที่ผิดปกติ ซึ่งเรียกว่า shunt error ตามหลักการของวงจรสม่ำเสมอ การวัดอุณหภูมิของเทอร์โมคัปเปิลจะสัมพันธ์กับอุณหภูมิที่ปลายทั้งสองด้านของการวัดและปลายอ้างอิงเท่านั้น และไม่ขึ้นอยู่กับการกระจายอุณหภูมิตรงกลาง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากฉนวนของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะคือผง MgO อุณหภูมิจึงสูงขึ้น 100 องศาเซลเซียส และความต้านทานของฉนวนลดลงตามลำดับความสำคัญ เมื่อชิ้นส่วนตรงกลางอยู่ที่อุณหภูมิสูง จะต้องมีกระแสรั่วไหล ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการแตกแขนงในศักยภาพเอาท์พุตของเทอร์โมคัปเปิล
(2) เงื่อนไขข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน
เทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะที่ใส่เข้าไปในเตาเผา ข้อมูลจำเพาะและเงื่อนไขการทดลอง: เส้นผ่านศูนย์กลาง ф 4.8 มม. ยาว 25 ม. โดยมีความยาวโซนทำความร้อนส่วนกลาง 20 ม. และอุณหภูมิ 1,000 องศา ในการทดลองนี้ ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างการวัดเทอร์โมคัปเปิ้ลกับส่วนตรงกลางคือ 200 องศา หากอุณหภูมิที่ปลายการวัดสูงกว่าส่วนตรงกลาง จะเกิดข้อผิดพลาดเชิงลบเกิดขึ้น ในทางกลับกัน เกิดข้อผิดพลาดเชิงบวกขึ้น หากอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างทั้งสองคือ 200 องศา C ความคลาดเคลื่อนในการเบี่ยงเบนจะอยู่ที่ประมาณ 100 องศา C ซึ่งไม่สามารถละเลยได้ เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น สภาวะข้อผิดพลาดของการแบ่งส่วน และประเภทและเส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะ [2]
ปัจจัยที่มีอิทธิพลและมาตรการแก้ไขข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน
จำเป็นต้องเข้าใจปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน และใช้มาตรการที่เหมาะสมเพื่อลดหรือขจัดผลกระทบของข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน ผลการวิจัยพบว่าข้อผิดพลาด shunt ของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะมีสาเหตุมาจากอุณหภูมิสูง
(1) เส้นผ่านศูนย์กลางเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะ
สำหรับเทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะชนิด K ที่มีความยาว 9 ม. (ฉนวน MgO) จะมีการให้ความร้อนเฉพาะส่วนตรงกลางของเทอร์โมคัปเปิลเท่านั้น ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าขนาดของข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบนจะแปรผกผันกับรากที่สองของเส้นผ่านศูนย์กลาง (เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเกินไปที่จะปฏิบัติตามกฎนี้) ซึ่งหมายความว่ายิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง ความคลาดเคลื่อนในการเบี่ยงเบนก็จะยิ่งมากขึ้น
เมื่ออุณหภูมิส่วนกลางเกิน 800 องศา เทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ ф 3.2 มม. อาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการสับเปลี่ยน อย่างไรก็ตาม ф 6.4 มม. และ ф เมื่ออุณหภูมิกลางของเทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ 8 มม. อยู่ที่ 900 องศา ยังตรวจไม่พบข้อผิดพลาดการแบ่งส่วน ประมาณ ф 6.4 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลางสายด่วน Φ 1.4 มม.) และ ф 8 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลางของลวดทำความร้อนคือ ф เทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ 2.0 มม. จะสร้างเส้นผ่านศูนย์กลางเมื่ออุณหภูมิในส่วนตรงกลางคือ 1100 องศา ф 8 มม. เทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ ข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบนเป็นเพียง ф ครึ่งหนึ่งของ 6.4 มม. ค่า (50%) อยู่ใกล้กับกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางลวดของเทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะสองตัว (1.42/2.02) รวมถึงอัตราส่วนกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางลวดอิเล็กโทรดซึ่งเป็นอัตราส่วนความต้านทานของอิเล็กโทรดลวด ดังนั้น เพื่อลดข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน ควรเลือกเส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะ

(2) อุณหภูมิบริเวณส่วนกลาง
หากอุณหภูมิในส่วนตรงกลางเกิน 800 องศา อาจมีข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน และขนาดของมันจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นยกเว้นส่วนปลายของการวัดควรหลีกเลี่ยงส่วนอื่นๆ ที่สูงเกิน 800 องศาให้มากที่สุด
1) ความยาวและตำแหน่งของโซนทำความร้อนในส่วนตรงกลาง
เมื่ออุณหภูมิตรงกลางของโซนทำความร้อนสูงกว่า 800 องศา ยิ่งโซนทำความร้อนยาวขึ้นและยิ่งอยู่ห่างจากจุดสิ้นสุดการวัดมากเท่าใด ข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้นความยาวของแถบทำความร้อนควรสั้นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ และไม่ควรให้ความร้อนจากปลายการวัดเพื่อลดข้อผิดพลาดในการเบี่ยงเบน
(3) ความต้านทานของสายเทอร์โมคัปเปิล
เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเทอร์โมคัปเปิลที่มีเปลือกเท่ากัน ความคลาดเคลื่อนของการแบ่งจะเพิ่มขึ้นเมื่อความต้านทานของลวดเทอร์โมคัปเปิลเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงควรใช้สายเทอร์โมคัปเปิลต้านทานขนาดเล็กจะดีกว่า ตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบกับเทอร์โมคัปเปิลชนิด K เทอร์โมคัปเปิลหุ้มเกราะชนิด S ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันจะลดความผิดพลาดของการสับเปลี่ยนลง 40% ดังนั้นเทอร์โมคัปเปิลชนิด S จึงสามารถใช้วัดการกระจายตัวของสนามอุณหภูมิเตาเผาได้ ซึ่งมีราคาสูงแต่แม่นยำกว่า
(4) ความต้านทานของฉนวน
ที่อุณหภูมิสูง ความต้านทานของออกไซด์จะลดลงแบบทวีคูณเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ข้อผิดพลาด shunt ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับลักษณะฉนวนของส่วนประกอบที่มีอุณหภูมิสูง ยิ่งความต้านทานของฉนวนต่ำลง ข้อผิดพลาดการแบ่งส่วนก็จะยิ่งง่ายขึ้น เมื่อความต้านทานของฉนวนเพิ่มขึ้น 10 เท่าหรือลดลงเหลือ 1/10 ข้อผิดพลาดการแบ่งจะลดลงเหลือ 1/10 หรือ 10 เท่า เพื่อลดข้อผิดพลาดในการผัน ควรใช้เทอร์โมคัปเปิ้ลหุ้มเกราะให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อเพิ่มความหนาของฉนวน หากมาตรการข้างต้นไม่ได้ผล ต้องใช้เทอร์โมคัปเปิลที่ประกอบแล้ว
5. การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างสั่งระยะสั้น (สถานะ K)
เทอร์โมคัปเปิลชนิด K ในช่วงอุณหภูมิ 250 องศา -600 องศา ก่อให้เกิดโครงสร้างระยะสั้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างจุลภาค ซึ่งอาจส่งผลต่อศักยภาพและข้อผิดพลาดของเทอร์โมอิเล็กทริก หรือที่เรียกว่าสถานะ K [3] นี่คือการเปลี่ยนแปลงโครงตาข่ายที่เป็นเอกลักษณ์ของโลหะผสม Ni Cr เมื่อปริมาณ Cr อยู่ในช่วง 5-30% จะมีการเปลี่ยนแปลงความผิดปกติตามลำดับในโครงตาข่ายอะตอม ข้อผิดพลาดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงปริมาณ Cr และอุณหภูมิ ให้ความร้อนเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จาก 300 องศาถึง 800 องศา และนำออกที่จุด 50 องศาเพื่อวัดศักย์ไฟฟ้า ที่ 450 องศา ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดถึง 4 องศา และภายในช่วง 350-600 องศา มันเป็นค่าเบี่ยงเบนเชิงบวก เนื่องจากการมีอยู่ของ K-state ผลการทดสอบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นหรือความเย็นของเทอร์โมคัปเปิลชนิด K จึงไม่สอดคล้องกัน ดังนั้นจึงระบุไว้อย่างชัดเจนในโปรแกรมตรวจสอบเทอร์โมคัปเปิลราคาประหยัดว่าลำดับการทดสอบคือ: อุณหภูมิทดสอบทีละจุดจากอุณหภูมิต่ำถึงอุณหภูมิสูง นอกจากนี้ ที่จุดทดสอบ 400 องศา ไม่เพียงแต่ผลการถ่ายเทความร้อนจะต่ำและยังยากที่จะบรรลุสมดุลทางความร้อน แต่ยังเกิดขึ้นภายในช่วงสูงสุดของข้อผิดพลาดสถานะ K อีกด้วย ดังนั้นควรตัดสินอย่างรอบคอบว่าประเด็นนั้นผ่านเกณฑ์หรือไม่
ปรากฏการณ์ของการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างระยะสั้นในโลหะผสม Ni Cr ไม่เพียงมีอยู่ในประเภท K เท่านั้น แต่ยังอยู่ในอิเล็กโทรดบวกของเทอร์โมคัปเปิลประเภท E ด้วย อย่างไรก็ตาม เทอร์โมคัปเปิลประเภท E เป็นเพียง 2/3 ของประเภท K เท่านั้น กล่าวโดยสรุป สถานะ K เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและเวลา และการเบี่ยงเบนจะเปลี่ยนแปลงอย่างมากเมื่อการกระจายอุณหภูมิหรือตำแหน่งของเทอร์โมคัปเปิลเปลี่ยนแปลง เป็นการยากที่จะประเมินขนาดของส่วนเบี่ยงเบนได้อย่างแม่นยำ