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热电偶相关知识  

2010-08-13 10:09:46|  分类: 管理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自zy_orlando《 热电偶相关知识》

热电偶测温基本原理:
   将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

   在古典电子理论中,热电势由温差电势和接触电势两部分构成。
温差电势是由均质导体的两端温度差引起的。接触电势是当两种不同的导体A与B接触时,因两者的自由电子密度不同,在接触点产生电子扩散,而形成的电势。接触电势不但是温度t的函数,其对热电势的贡献也远比温差电势大。
测出热电偶因为温度变化产生的热电势,根据热电势和温度变化之间的函数关系就能知道引起热电势的温度值。

   热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一,热电偶工作原理是基于赛贝克(seeback)效应,即两种不同成分的导体两端连接成回路,如两连接端温度不同,则在回路内产生热电流的物理现象。其优点是:
   ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。
   ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。
   ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。

热电偶的种类及结构形成:
  (1)热电偶的种类
   常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶 我国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。
  (2)热电偶的结构形式 为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: 
  ① 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;
  ② 两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路;
  ③ 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠;
  ④ 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。

热电偶冷端的温度补偿: 
   由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵 金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热 电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷 端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到 仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。

热电偶和热电阻的区别与联系:

   热电偶是温度传感器。两种不同金属接触面两端在不同温度时产生不同微弱电压,经放大电路来测量温度。主要用于测量高温。

   热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精度高,性能稳定。其中铂热是阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。  

热电阻是电阻值随着温度变化。主要用于测量微小的温度变化。

常用热电偶丝材及其性能

   1、铂铑10-铂热电偶(S型,也称为单铂铑热电偶)Orton使用的就是这种热电偶

   该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂;它的特点是:

热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃时,即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶,使晶粒粗大而断裂;

   精度高,它是在所有热电偶中,准确度等级最高的,通常用作标准或测量较高的温度;

使用范围较广,均匀性及互换性好;

  主要缺点有:微分热电势较小,因而灵敏度较低;价格较贵,机械强度低,不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。

   2、镍铬-镍硅(镍铝)热电偶(K型)

  该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金,负极为含硅3%的镍硅合金(有些国家的产品负极为纯镍)。可测量0~1300℃的介质温度,适宜在氧化性及惰性气体中连续使用,短期使用温度为1200℃,长期使用温度为1000℃,其热电势与温度的关系近似线性,价格便宜,是目前用量最大的热电偶。

  K型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶,不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用;当氧分压较低时,镍铬极中的铬将择优氧化,使热电势发生很大变化,但金属气体对其影响较小,因此,多采用金属制保护管。

 

  K型热电偶的缺点:

  热电势的高温稳定性较N型热电偶及贵重金属热电偶差,在较高温度下(例如超过1000℃)往往因氧化而损坏;在250~500℃范围内短期热循环稳定性不好,即在同一温度点,在升温降温过程中,其热电势示值不一样,其差值可达2~3℃;

  负极在150~200℃范围内要发生磁性转变,在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表,尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰;

  长期处于高通量中系统辐照环境下,由于负极中的锰(Mn)、钴(Co)等元素发生蜕变,使其稳定性欠佳,致使热电势发生较大变化。

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  3、镍铬硅-镍硅热电偶(N型)  Orton的低温膨胀仪上使用的就是这种热电偶

  该热电偶的主要特点是:在1300℃以下调温抗氧化能力强,长期稳定性及短期热循环复现性好,耐核辐射及耐低温性能好,另外,在400~1300℃范围内,N型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好;但在低温范围内(-200~400℃)的非线性误差较大,同时,材料较硬难于加工。

 

  4、铂铑30-铂铑6热电偶(B型)

  该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金,负极为含铑6%的铂铑合金,在室温下,其热电势很小,故在测量时一般不用补偿导线,可忽略冷端温度变化的影响;长期使用温度为1600℃,短期为1800℃,因热电势较小,故需配用灵敏度较高的显示仪表。

  B型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用,也可以在真空气氛中的短期使用;即使在还原气氛下,其寿命也是R或S型的10~20倍;由于其电极均由铂铑合金制成,故不存在铂铑-铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有大结晶化的趋势,且具有较大的机械强度;同时由于它对于杂质的吸收或铑的迁移的影响较少,因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵。

 

  5、铜-铜镍热电偶(T型)

  T型热电电偶,该热电偶的正极为纯铜,负极为铜镍合金(也称康铜),其主要特点是:在贱金属热电偶中,它的准确度最高、热电极的均匀性好;它的使用温度是-200~350℃,因铜热电极易氧化,并且氧化膜易脱落,故在氧化性气氛中使用时,一般不能超过300℃,在-200~300℃范围内,它们灵敏度比较高,铜-康铜热电偶还有一个特点是价格便宜,是常用几种定型产品中最便宜的一种。

 

  6、铁-康铜热电偶(J型)

 J型热电偶,该热电偶的正极为纯铁,负极为康铜(铜镍合金),具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中,温度范围从-200~800℃,但常用温度只是500℃以下,因为超过这个温度后,铁热电极的氧化速率加快,如采用粗线径的丝材,尚可在高温中使用且有较长的寿命;该热电偶能耐氢气及一氧化碳等气体的腐蚀,但不能在高温(例如500℃)含硫的气氛中使用。

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