Welche Faktoren beeinflussen hauptsächlich die Temperaturmessfehler von Thermoelementen?

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1. Fehler, die durch instabile thermoelektrische Eigenschaften der Thermoelemente entstehen. Nach einer gewissen Zeit der Nutzung unterliegen die Thermoelemente aufgrund der Umweltbedingungen, in denen sie eingesetzt werden, bestimmten Veränderungen in ihren thermoelektrischen Eigenschaften. Dadurch weicht die von dem Thermoelement gemessene Temperatur von der tatsächlichen Temperatur ab. Die wichtigsten Faktoren, die die Stabilität der Thermoelemente beeinflussen, sind: (1) Die Verschmutzung und Korrosion der Elektroden des Thermoelements durch das zu messende Material ； (2) Die Dehnungsspannungen, die durch die Verformung der Wärmeelektroden unter dem Einfluss äußerer Kräfte entstehen ； (3) Bei hohen Temperaturen verändern sich die Mikrostruktur und die Kristallite der Temperaturfühler ； (4) Die Wärmeelektroden werden durch die Exposition in der Luft oxidiert usw. 2. Auswirkungen der Ungleichmäßigkeit der Thermoelemente Die Homogenität eines Thermoelements bezeichnet das Maß an Gleichmäßigkeit des Materials der Wärmeelektroden des Thermoelements. Wenn die Materialien der beiden Wärmeelektroden in der Thermoelemente gleichmäßig sind, dann steht die von dem Thermoelement erzeugte Thermoelektrizität in direktem Verhältnis zur Temperaturdifferenz zwischen den beiden Enden – unabhängig vom Temperaturgradienten entlang der Länge der Wärmeelektroden. 3. Auswahl der Temperaturmesspunkte Die Wahl geeigneter Temperaturmesspunkte ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Installation von Thermoelementen. Die Auswahl repräsentativer Messpunkte ist von besonderer Bedeutung für die gesamte Produktionsumgebung. Eine falsche Standortwahl macht Steuerung und Messung völlig sinnlos. Am Messpunkt hat auch die Eindringtiefe der Thermoelemente Einfluss auf die Temperaturmessung. Wenn es einen Temperaturunterschied zwischen der Umgebung und der Temperatur des zu messenden Objekts gibt, kommt es durch den Ausdehnungsgrad des Sensors zum Wärmetausch mit der Umgebung, was wiederum zu Messfehlern führt. Aufgrund der ständigen Schwankungen der Umgebungstemperatur ist dieser Temperaturfehler unermesslich. Neben den durch die Tiefe der Einbettung verursachten Fehler durch Wärmeleitung führt auch das Material des Schutzhülls um den Thermoelement herum zu Messfehlern. Zum Beispiel weisen Schutzrohre aus Metall eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, weshalb sie während der Messung tiefer eingeführt werden müssen, um Wärmeverluste zu vermeiden. Bei Schutzrohren aus Keramik müssen sie etwas flacher eingeführt werden. 4. Einfluss der Reaktionszeit: Nur dann kann die Temperatur des Temperaturmesselements stabil bleiben, wenn die Temperatur des zu messenden Objekts mit der Temperatur des Messelements übereinstimmt. In diesem Fall erreichen beide ein thermisches Gleichgewicht – das ist das grundlegende Prinzip der Temperaturmessung mittels Kontaktmethode. Es benötigt eine gewisse Zeit, bis die Temperatur des zu prüfenden Objekts mit der Temperatur des Temperaturmesselements übereinstimmt. Die Länge dieser Zeit wird hauptsächlich durch die thermische Reaktionsfähigkeit des Temperaturmesselements bestimmt – also durch die Reaktionszeit auf Temperaturänderungen. Die Wärmereaktionszeit hängt von der Struktur des Sensors sowie von den Messbedingungen ab. Durch Experimente zeigte sich, dass die Reaktionszeiten unter unterschiedlichen Bedingungen stark variieren. Bei einem stationären gasförmigen Medium müssen die beiden Komponenten mindestens 30 Minuten lang in Kontakt bleiben, um ein Temperaturgleichgewicht zu erreichen. Bei einem stationären flüssigen Medium verkürzt sich die Zeit bis zum Temperaturgleichgewicht auf 5 Minuten. In praktischen Anwendungen befindet sich die Temperatur des zu messenden Objekts oft in einem ständigen Wandel – die Zeitspannen der kurzfristigen Veränderungen sind sehr kurz. Daher sind auch die Anforderungen an die Sensoren relativ hoch; in der Regel wird von ihnen erwartet, dass sie in Millisekunden reagieren können. Falls die Reaktionsfähigkeit unzureichend ist, tritt ein Messverzögerungseffekt auf. Daher sollte bei der Auswahl des Sensors ein Sensor mit schneller Reaktionszeit gewählt werden. Der Durchmesser am Messende ist ein wichtiger Faktor, der die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst. Wenn die Fasern dünner sind, ist die Reaktionszeit kürzer. 5. Einfluss der Wärmestrahlung: Wenn mit Thermoelementen die Temperatur im Ofen gemessen wird, führt die Wärmestrahlung der heißen Objekte im Ofen auf die Thermoelemente dazu, dass deren Temperatur ansteigt. Wenn man davon ausgeht, dass die Gase im Ofen transparent sind, und wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Thermoelemente und der Ofenwand groß ist, dann führt der Energieaustausch ebenfalls zu Fehlern bei der Temperaturmessung. Die Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit kann diesen Fehler effektiv verringern und die Temperatur der Ofenwände der Temperatur des Thermoelements annähern. 6. Auswirkung des Anstiegs der Wärmewiderstandskraft: Wenn die Thermoelemente in einer Umgebung mit hohen Temperaturen arbeiten, kann das gasförmige zu messende Medium den Staub auf der Oberfläche des Schutzrohrs schmelzen lassen. Dadurch erhöht sich die Wärmewiderstandskraft des Schutzrohrs. Wenn das Medium ein Schmelz ist, kommt es während des Betriebs zur Ablagerung von Schlacke. Diese abgelagerte Schlacke verlängert die Reaktionszeit der Thermoelemente, wodurch die angezeigte Temperatur niedriger ausfällt. Daher ermöglichen regelmäßige Überprüfungen oder gelegentliche Stichprobenkontrollen des Betriebszustands der Thermoelemente, Abweichungen, die bei diesen entstehen können, frühzeitig zu erkennen und so Messfehler zu verringern. 7. Fehler durch Heterogenität der Thermoelementdrahten: Gemäß dem oben beschriebenen Messprinzip hat, sofern die Drahte des Thermoelements homogen sind, laut dem Gesetz der homogenen Schleife die Länge keinen Einfluss auf das Messergebnis. In Wirklichkeit führt die Herstellung von Spezialfäden dazu, dass aufgrund von Faktoren wie der Temperatur die Dicke der Fäden ungleichmäßig ist – sie weisen dann eine „Bambusstruktur“ auf, und es können sogar ernsthafte Verzwirbelungen auftreten. Außerdem treten in der späteren Verarbeitung weitere Probleme auf: Die wiederholte Bearbeitung der Thermoelemente führt dazu, dass diese verformt werden und somit ihre Homogenität verlieren. Bei der Temperaturmessung befinden sich viele Thermoelemente in Bereichen mit hohen Temperaturen. Wenn keine Gleichmäßigkeit vorherrscht und die Umgebungstemperatur sich ändert, entsteht an diesen Stellen ein parasitischer Thermoeffekt, was zu Fehlern führt. Durch eine eingehende Analyse des grundlegenden Funktionsprinzips der Thermoelemente, der konkreten Anwendungsmethoden sowie der Probleme im Herstellungsprozess wurden die Hauptgründe für Fehler bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen ermittelt. Bei der Herstellung und Verwendung von Thermoelementen sind unter anderem die Einführtiefe des Sensors, die Reaktionszeit des Thermoelements auf Temperaturänderungen, die Wärmestrahlung aus der Umgebung, Veränderungen der Wärmeimpedanz sowie die Heterogenität der Fäden des Thermoelements wichtige Faktoren, die zu Messfehlern führen können. Um daher die Genauigkeit der Temperaturmessung zu verbessern, müssen diese Faktoren minimiert oder vermieden werden. Die Analyse der Ursachen für Fehler bei der Temperaturmessung mit Thermoelementen hat eine gewisse Bedeutung für die praktische Anwendung in der Ingenieurwissenschaft.