耐火极限试验中试件表面测温热电偶温度问题

摘要：针对耐火极限试验过程中背火面测温热电偶出现温度跳跃、偏离等问题，分析可能原因。尝试提出改善以上问题的方法。
1热电偶的工作原理
      热电偶是利用塞贝克热电效应制成的。两种不同材料的导体组成闭合回路,回路的两端分别称作热端(工作端)和冷端(自由端)。当这两端温度不同时，整个回路中就会产生电动势,此电动势至于热电极的材料和两端的温度有关,与热电偶的形状和几何尺寸无关。回路中总电动势的方向与热电偶两端温度有关。倘若热电偶的两极材料相同，则两点处接触电势为零,而两热电极温差电势大小相等，方向相反,因此回路总热电势等于零。如果热电偶两端温度相同,则两热电极的温差电势等于零,而两接点处的接触电势大小相等,方向相反,回路中总热电势也等于零。因此，只有当热电偶两接触点温度不同时才有热电势产生。用测量仪表测得热电势的数值后,便可间接知道相应的温度或者直接由测量仪表指示出温度凹，如图1所示。

2耐火极限试验中热电偶测温问题
      本文耐火极限试验中使用的试件背火面测温热电偶为镍铬-镍硅K型热电偶。为了得到良好的热接触,在热电偶工作端低温焊接直径12mm、厚0.2mm的圆形铜片(图2)。试验过程中用长宽均为30mm、厚度2mm的石棉衬垫通过耐热胶将热电偶工作端铜片固定在试件表面(图3)控制系统默认每隔一分钟采集一-次温度信息,绘制温度-时间曲线。但在实际试验过程中偶尔会遇到测温热电偶温度高低跳跃、温度偏离实际,误差过大等问题。以上问题严重影响试验进程以及最终对试验试件的品质判定。就本次试验来说，采用垂直构件耐火试验炉,安装样品到试验框架上往往需要耗费大量时间。由于热电偶的温度问题导致试验中止,则需要拆毁原有样品重新安装完好的新样品。不仅会浪费人力物力,而且也会延长试验周期给客户带来不必要的烦恼。

3 耐火极限试验中热电偶温度跳跃、偏离问题分析
1) 热电偶贴点过程不严谨
      贴点时用隔热垫固定热电偶在试件表面需要涂抹耐高温胶,并且在圆铜片和试件之间及圆铜片与隔热垫之间不应有任何胶,允许存在十分细小的空隙。然而实际人工操作过程中很难避免操作误差导致铜片粘胶、隔热垫固定不.严铜片与试件存在间隙、铜片与试件接触面有污物等。
2)热电偶布置位置不正确
      热电偶的布置应距离热气流、结合点和贯通连接紧固件(如螺钉、销钉等)、以及会被穿过试件的热烟气直接冲击的位置不应小于50mm。热电偶不应贴在会产生较高温度类似螺钉.钉子或夹子等紧固件上。不应贴在表面直径小于12mm非贯通紧固件上。当不注意以上要求时,都会产生温度偏离的现象。
3)热电偶与巡检仪接触不良
      之前在试验中遇到新替换的热电偶开始时比较正确，使用十多次后开始出现温度偏离。连续更换三家热电偶供应商，温度偏离问题一直没有解决。利用排除法,选择更换巡检仪接口、清理接口尘土。最终问题得到了解决,因此推断此次问题诱因是热电偶与巡检仪接口处受尘土等污染产生的干扰。
4)热电偶的劣化
      热电偶在使用中由于受到环境、腐蚀性气体等因素的影响，常常会出现老化的现象，也就是常说的热电偶的劣化。热电偶的劣化是长期量变过程,将随热电偶的种类、直径、使用温度、环境、时间的不同而变化。劣化将会改变热电偶的热电特性或超出允许误差、脆断凹。
5)测量回路接地,串人附加地电势
      试件安装过程中，安装人员为了固定试件会使用槽钢、钢筋等焊接在框架上。这样就无形中串人了附加地电势。在热电偶回路中存在着四个电势,即两个接触电动势和两个温差电动势。热电偶回路的总电动势为:

      在热电偶回路（图4）中同种材料温差电动势只占极小部分，且它们正负抵消一部分，因此可以忽略不计，故式（1）可以简化成式（2）：

      式(2)表明,热电偶产生的热电动势只随热端(工作端)温度的变化而变化,即一定的热电动势对应着- -定的温度。我们通过测量热电动势的方法就达到了测温的目的。当回路接地、串人附加地电势以后,测eaB(t)可能等于零或者小于ea(t),这样EAa(to)将出现负数,并且极不稳定凹。
4耐火极限试验中热电偶温度跳跃、偏离问题解决
1)严格按照标准要求贴点
      贴点前认真清理铜片以及试件上接触位置的污物。若使用耐高温胶和石棉衬垫辅助固定热电偶时,操作过程中尽量避免耐高温胶污染接触点。隔热衬垫均匀涂胶将铜片固定在试件上,尽量使铜片与试件贴合。.
2)远离干扰因素布置热电偶
与安装试件的施工人员充分沟通，了解试验试件的结构。标注安装中轻钢龙骨、螺钉、销钉具体位置。除以上关键点外还要避免在试样接缝处或可能的烟气冲击处贴点。
3)定期维护热电偶和巡检仪
由于本实验室巡检仪和热电偶的接口留在了炉体旁，场地限制导致施工安装活动在室内进行。虽然对巡检仪做了设备箱进行封装,但难免施工过程中会有尘土进人到箱体里。因此建议在设备设计之初对巡检仪等设备位置进行统一规划,尽量远离污染源和千扰源。条件允许的话对热电偶与巡检仪接口处进行密封处理,尽量降低环境污染对热电偶的干扰。
4)延缓热电偶的劣化
热电偶的劣化现象是不可避免的,因此只能延缓劣化进程。为了可靠地测量温度,必须选择引起劣化最小的使用条件和适宜的热电偶材质,并能推断劣化进展的情况,及时地更换热电偶。
5)避免接地等现象
接地现象主要是出现在试件安装施工过程中，因此作为试验人员应该时刻关注并了解安装人员的具体施工内容、试件结构。如安装过程中出现可能对测量结果产生干扰的结构，应及时与厂家或者施工人员进行沟通排除干扰现象。
5 结语
      本文只是针对耐火极限试验过程中热电偶测温偏离，温度跳跃问题的原因进行了分析。通过对可能出现问题的分析和处理，尽可能使试验过程更加稳定，实验数据更加严谨。有助于提升试验质量和效率，并有助于降低运行成本。