工业热电偶

工业热电偶是热工监测与测试的计量工具，在工业生产中发挥着重要的作用。在当前的生产工艺流程中，检测技术及其应用越来越重要，尤其在对各种产品与构件进行无损擦伤、测量与计量方面。工业热电偶的种类主要有镍铬一镍硅热电偶、铂铑—铂热电偶、镍铬—考铜热电偶等种类，其中陶瓷热电偶作用功不可没，对于提高质量与企业的经济效益是不可或缺的。 工业热电偶工作原理是将两种不同的导体与半导体连接成闭合回路，再将其两个接点分别置于温度各为T及TO的热源中，则在该回路内即可产生热电动势。由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大，因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多，其结果是高温端失去电子而带正电荷，低温端因得到电子而带负电荷，从而形成一个静电场。这样在导体两端便产生一个相应的电位差即温差电。 工业热电偶在工业生产中的用途不断扩大的同时，具有更佳功能的特殊热电偶产品不断问世。其中钨铼系工业热电偶是一种较好的超高温热电偶材料，其最高使用温度受绝缘材料限制。国际上某些氮化硅陶瓷烧结温度已达到1800℃以上，采用钨铼热电偶进行测温是完全可行的。此外适用超导陶瓷生产使用的金铁—镍铬低温热电偶，快速反应薄膜热电偶及非金属热电偶材料，由于具备各种优点和价格低廉、资源丰富，在工业生产中也得到了广泛的应用。

热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。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。　　　　1．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，如图2-1-1所　　　　示。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。　　　　2．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。　　　　3．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℃。

[font=宋体] [color=#333333][size=3]在工业应用中，热电偶的选择首先应根据被测温度的上限，正确地选择热电偶的热电极及保护套管；根据被测对象的结构及安装特点，选择热电偶的规格及尺寸。[/size][/color][/font][color=#333333][font=宋体][size=3]　　热电偶按结构形式可分为普通工业型、铠装型及特殊型等。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3]　　常用的普通工业型热电偶有：[/size][/font][/color][size=3][color=#333333]　　[/color][color=#333333]1?[/color][color=#333333]铂铑[/color][color=#333333]10[/color][color=#333333]－铂热电偶：属于贵重金属热电偶，正极为铂铑合金，负极为铂，短期工作温度为[/color][color=#333333]1600[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]，长期工作温度为[/color][color=#333333]1300[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]，物理、化学稳定性好，一般用于准确度要求较高的高温测量。但材料较贵，热电势较小。分度号为[/color][color=#333333]S[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333]　　[/color][color=#333333]2?[/color][color=#333333]镍铬－镍硅热电偶：它是非贵重金属中性能最稳定的一种，应用很广，正极为镍铬。短期工作温度为[/color][color=#333333]1200[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]，长期工作温度为[/color][color=#333333]900[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。此种热电偶的热电势比上一种大[/color][color=#333333]4[/color][color=#333333]到[/color][color=#333333]5[/color][color=#333333]倍，而且线性度更好，误差一般在[/color][color=#333333](6[/color][color=#333333]～[/color][color=#333333]8)[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。但其热电极不易做得很均匀，较易氧化，稳定性差。分度号为[/color][color=#333333]K[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333]　　[/color][color=#333333]3?[/color][color=#333333]镍铬－康铜热电偶：正极是镍铬，短期工作温度为[/color][color=#333333]800[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]，长期工作温度为[/color][color=#333333]600[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。它是热电势最大的一种热电偶，测量准确度较高，但极易氧化。分度号为[/color][color=#333333]E[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333]　　[/color][color=#333333]4?[/color][color=#333333]铜－康铜热电偶：这是在低温下应用得很普遍的热电偶，测量温度范围[/color][color=#333333]([/color][color=#333333]－[/color][color=#333333]200[/color][color=#333333]～＋[/color][color=#333333]200)[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]，稳定性好，低温时灵敏度高并且价格低廉。分度号为[/color][color=#333333]T[/color][color=#333333]。[/color][/size][color=#333333][font=宋体][size=3]　　铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者组合加工而成，它可以做得很细很长，在使用中可以随测量需要进行弯曲，其特点是：热惰性小、热接点处的热容量小、寿命较长、适应性强等，应用广泛。[/size][/font][/color][size=3][color=#333333]　　热电偶安装时应放置在尽可能靠近所要测的温度控制点。为防止热量沿热电偶传走或防止保护管影响被测温度，热电偶应浸入所测流体之中，深度至少为直径的[/color][color=#333333]10[/color][color=#333333]倍。当测量固体温度时，热电偶应当顶着该材料或与该材料紧密接触。为了使导热误差减至最小，应减小接点附近的温度梯度。[/color][/size][color=#333333][font=宋体][size=3]　　当用热电偶测量管道中的气体温度时，如果管壁温度明显地较高或较低，则热电偶将对之辐射或吸收热量，从而显著改变被测温度。这时，可以用一辐射屏蔽罩来使其温度接近气体温度，采用所谓的屏罩式热电偶。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3]　　选择测温点时应具有代表性，例如测量管道中流体温度时，热电偶的测量端应处于管道中流速最大处。一般来说，热电偶的保护套管末端应越过流速中心线。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3]　　实际使用时特别要注意补偿导线的使用。通常接在仪表和接线盒之间的补偿导线，其热电性质与所用热电偶相同或相近，与热电偶连接后不会产生大的附加热电势，不会影响热电偶回路的总热电势。如果用普通导线来代替补偿导线，就起不到补偿作用，从而降低测温的准确性。所以，使用单位在安装仪表敷线时应注意：补偿导线与热电偶连接时，极性切勿接反，否则测温误差反而增大。[/size][/font][/color][size=3][color=#333333]　　实际测量中，如果测量值偏离实际值太多，除热电偶安装位置不当外，还有可能是热电偶偶丝被氧化、热电偶测量端焊点出现砂眼等。[/color][color=#333333][/color][/size]