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熱電偶的類別說(shuō)明

時(shí)間：2011/8/22閱讀：7243
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概念：
把兩種不同材質(zhì)的金屬導(dǎo)體，以電氣連接，使其產(chǎn)生一密閉回路，當(dāng)兩接點(diǎn)處于不同溫度環(huán)境時(shí)，回路中就會(huì)有電流產(chǎn)生流動(dòng)。我們稱此現(xiàn)象為席貝克效應(yīng)。如果一端（冷接點(diǎn)）持續(xù)保持在一定的溫度上（通常是0℃），另一端（測(cè)量端）置于未知溫度，那么該溫度就可以根據(jù)熱起電力值的大小換算出。此兩種成對(duì)的金屬導(dǎo)體，我們稱之為熱電偶。
 
熱電偶的構(gòu)造：
普通工業(yè)用熱電偶通常是由：熱電極、絕緣材料、保護(hù)管和補(bǔ)償導(dǎo)線或接線盒等部件組成。其中熱電極的一端焊接在一起起感溫元件的作用，是熱電偶的核心部分。絕緣材料的作用是將兩熱電極隔離開(kāi)，防止短路現(xiàn)象。保護(hù)管的作用是使熱電極和被測(cè)介質(zhì)不直接接觸，避免或減少有害介質(zhì)的侵蝕，火焰和氣流的沖刷和輻射，以及機(jī)械損傷。此外，保護(hù)管還起著固定和支持熱電偶感溫元件的作用。補(bǔ)償導(dǎo)線的作用是將熱電偶參考端延伸到遠(yuǎn)離熱源和環(huán)境溫度較穩(wěn)定的地方，以便于準(zhǔn)確的對(duì)參考端溫度進(jìn)行修正。接線盒的作用是用來(lái)固定連接感溫元件與外接導(dǎo)線，它起著保護(hù)感溫元件免受外界氣氛侵蝕，并使外接導(dǎo)線與熱電極有良好的接觸作用。
測(cè)量時(shí)參考端保持在恒定的溫度（一般是0。C）。產(chǎn)生的EMF值可以由動(dòng)圈式儀表、數(shù)字式溫度儀表、自動(dòng)平衡式顯示器儀表、直流電勢(shì)（為）差計(jì)等類型的顯示儀表測(cè)定。
 
熱電偶的特性：
工業(yè)熱電偶和其他溫度計(jì)相比具有如下特性:
1）反應(yīng)快和時(shí)間間隔相對(duì)較小。
2）測(cè)溫范圍廣，可以在0~2300℃的溫度范圍內(nèi)使用。
3）可測(cè)特定部位或狹小場(chǎng)所的溫度。
4） 由于溫度是由EMF值反映的，因此對(duì)于溫度的測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制、放大、變換都很容易進(jìn)行。
5）標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶很容易獲得，價(jià)格比較低廉。
 
熱電偶的分類：
（1）       按熱電極材料分為；貴金屬熱電偶、廉金屬熱電偶、貴-廉金屬混合式熱電偶、難熔金屬熱電偶、非金屬熱電偶。
（2）       按使用溫度范圍來(lái)分：高溫?zé)犭娕?、中溫?zé)犭娕肌⒌蜏責(zé)犭娕肌?/div>
（3）       按熱電偶的結(jié)構(gòu)類型分：普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶、表面熱電偶等各種其  他熱電偶。
（4）       按熱電偶的用途分：標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。
（5）       按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化情況分：標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。
我國(guó)常用的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶有S、R、B、K、N、E、J、T 8種，它們的分度表分度公式及熱電勢(shì)對(duì)分度表的允差都與標(biāo)準(zhǔn)（IEC）相同。鎢錸熱電偶采用美國(guó)試驗(yàn)與材料協(xié)會(huì)（ASTM）的標(biāo)準(zhǔn)。
 
實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題
由于熱電偶的種類很多，所以為實(shí)際應(yīng)用選擇合適的熱電偶是非常重要的。還有，在保護(hù)管的選擇、結(jié)構(gòu)和安裝方式、腐蝕和振動(dòng)等方面也應(yīng)多加考慮。
 
 
 
常用標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：
1）S型熱電偶（Pt• 10％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）  
S型熱電偶于1886年由Le Chaier發(fā)明，具有很長(zhǎng)的歷史。它可作為一、二等標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在由使用溫度范圍（IPTS）定義的定點(diǎn)銻630.74℃和金1064.43℃溫區(qū)內(nèi)進(jìn)行溫度量值傳遞之間的。實(shí)際應(yīng)用范圍和R型熱電偶相似。
 
2）R型熱電偶 （Pt• 13％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）  
   R型熱電偶可以長(zhǎng)期持續(xù)應(yīng)用于1400℃以下的氧化性和惰性氣體中，短時(shí)間應(yīng)用可以到1600℃。但是，如果沒(méi)有用陶瓷管或其他保護(hù)管保護(hù)，它不能應(yīng)用于真空和金屬蒸汽中。
 
3）B型熱電偶（Pt• 30％Rh/ Pt• 6％Rh）（0℃~1700℃）  
和其他白金熱電偶相比，B型熱電偶由于含有更多的金屬銠所以具有很好的熔點(diǎn)和很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度。它可以持續(xù)應(yīng)用在1600℃以下的氧化性和中性氣體中，即使是在真空中也比其他白金熱電偶使用時(shí)間長(zhǎng)。它特別應(yīng)用于高溫下長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量。
 
4）K型熱電偶（Chromel/Alumel） （-200℃~1250℃）
K型熱電偶于1906年由美國(guó)Hoskins公司的Mr.A.L.Marsh發(fā)明。而后經(jīng)多次改進(jìn)。因?yàn)樗奶匦?，該型?hào)是目前應(yīng)用zui多zui廣的熱電偶?？梢栽?260℃以下的氧化性和惰性氣體中使用。
當(dāng)露點(diǎn)溫度在-42℃以下時(shí)，K型熱電偶可以用于氫氣和裂化氨氣中。但是要有特殊保護(hù)它才能應(yīng)用于還原型、選擇性氧化和還原型、含硫或綠蝕性氣氛中。
通過(guò)使用直徑大的保護(hù)管或通風(fēng)的保護(hù)管增加氧分壓，從而可以使綠蝕現(xiàn)象減輕。
 
5）E型熱電偶（Chromel/Constantan） （-200℃~900℃）
E型熱電偶在工業(yè)熱電偶中有zui高的EMF性征。該型熱電偶于1964年被ANSI采用，于1974年被JIS采用。它滿足了迅速增長(zhǎng)的需求量并廣泛應(yīng)用在廣大的領(lǐng)域甚至是熱核反應(yīng)上。它可以在750℃以下的溫度環(huán)境中持續(xù)使用。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要有和K型熱電偶相似的注意點(diǎn)。由于E型熱電偶在普通金屬熱電偶中有zui高的熱阻系數(shù)所以與該型熱電偶配套使用的顯示裝置也要仔細(xì)選擇。
 
6）J型熱電偶（Iron/Constantan） （0℃~750℃）
J型熱電偶的EMF值僅次于E型熱電偶。主要用于750℃以下的還原性、惰性、氧化性、真空等環(huán)境中。由于該型熱電偶的價(jià)格相對(duì)較便宜，所以應(yīng)用廣泛。但是，它不能用于538℃以上的含硫氣氛中。因?yàn)樵谠摲N環(huán)境下，正極的鐵會(huì)被腐蝕。所以低溫范圍內(nèi)的測(cè)量J型熱電偶使用比K型要少。
 
7）T型熱電偶（Copper/Constantan） （-200℃~350℃）
T型熱電偶具有良好的抗潮濕性適合用于400℃以下的真空、氧化性、還原性或者惰性氣體中。因?yàn)樗哂蟹€(wěn)定精密的EMF性征，故廣泛應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中。
 
8）N型熱電偶（Nicrosil/Nisil） （0℃~1300℃）
這種新型的84Ni-14.2Cr-1.4Si和95.5Ni-4.4Si-0.1Mg的結(jié)合物zui初是由澳大利亞*材料研究實(shí)驗(yàn)室研制的。此后，NBS、ASTM和其他的研究機(jī)構(gòu)都對(duì)該型熱電偶進(jìn)行了改進(jìn)。在600-1250℃的高溫環(huán)境下，N型熱電偶顯示出比K型熱電偶更優(yōu)良的穩(wěn)定性和更高的抗氧化性。由于調(diào)整了鉻的含量并又加入了硅和鎂，它在“短程有序化”的區(qū)域內(nèi)具有更小的e.m.f變化并有抗“綠蝕”性。與K型熱電偶相比，1000℃以上的熱電勢(shì)率只有它的1/2甚至是1/3，所以，N型熱電偶適用在1000-1200℃的氧化性氣氛中。
 
標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的阻抗
   執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JIS C1602-1981
                                                                                  單位：?/m

 
B
R
S
K
E
J
T
N
-----
PR
------
CA
CRC
IC
CC
------
28
0.32
------
------
------
------
------
------
6.17
16.43
24
0.50
1.75
1.47
1.43
------
------
------
------
6.50
22
0.65
------
------
------
2.95
3.56
1.70
1.50
4.08
18
1.00
------
------
------
1.25
1.50
0.72
0.63
1.62
14
1.60
------
------
------
0.49
0.59
0.28
0.25
0.64
11
2.30
------
------
------
0.24
0.28
0.14
------
0.32
8
3.20
------
------
------
0.12
0.15
0.07
------
0.13

注：上表中數(shù)值為0℃時(shí)正負(fù)極之間的阻抗
 
短期使用和長(zhǎng)期使用溫度界限
 
 
熱電偶規(guī)格：

材質(zhì)
符號(hào)
正負(fù)極
主要材質(zhì)
素線徑（mm）
電阻
一般操作溫度
zui大操作溫度
W5
+
-
鎢·錸5％
鎢·錸26％
0.25
0.50
9.96
2.49
2000
2300
W3
+
-
鎢·錸3％
鎢·錸25％
0.25
0.50
8.23
2.05
2000
2300
B
+
-
白金·銠30％
白金·銠6％
0.50
1.75
1500
1700
R
+
-
白金·銠13％
白金
0.50
1.47
1400
1600
S
+
-
白金·銠10％
白金
0.50
1.43
1400
1600
K
+
-
鎳鉻合金
鎳硅合金
0.65
1.00
1.60
2.30
3.20
2.95
1.25
0.49
0.24
0.12
650
750
850
900
1000
850
950
1050
1100
1200
E
+
-
鎳鉻合金
銅鎳合金
0.65
1.00
1.60
2.30
3.20
3.56
1.50
0.59
0.28
0.15
450
500
550
600
700
550
550
650
750
800
J
+
-
鐵
銅鎳合金
0.65
1.00
1.60
2.30
3.20
1.70
0.72
0.28
0.14
0.07
400
450
500
550
600
500
550
650
750
750
T
+
-
銅
銅鎳合金
0.32
0.65
1.00
1.60
6.17
1.50
0.63
0.25
200
200
250
300
250
300
300
350

 
 
熱電偶讀數(shù)精度等級(jí)                          執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JIS C1602-1981
                                                                     IEC-Pub584-2

型號(hào)
對(duì)應(yīng)的日本舊型號(hào)
溫度范圍
等級(jí)
精度
B
-------
600℃-1700℃
0.5
±4℃或者±0.5％t
R
PR13
0℃-1600℃
0.25
±1.5℃或者±0.25％t
S
-------
K
CA
0℃-1000℃
0.4
±1.5℃或者±0.4％t
0℃-1200℃
0.75
±2.5℃或者±0.75％t
-200℃-0℃
1.5
±2.5℃或者±1.5％t
E
CRC
0℃-800℃
0.4
±1.5℃或者±0.4％t
0℃-800℃
0.75
±2.5℃或者±0.75％t
-200℃-0℃
1.5
±2.5℃或者±1.5％t
J
IC
0℃-750℃
0.4
±1.5℃或者±0.4％t
0℃-750℃
0.75
±2.5℃或者±0.75％t
T
CC
0℃-350℃
0.4
±0.5℃或者±0.4％t
0℃-350℃
0.75
±1.0℃或者±0.75％t
-200℃-0℃
1.5
±1.0℃或者±0.75％t
N
-------
0℃-1250℃
0.75
±2.5℃或者±0.75％t

 
熱電偶正負(fù)極材質(zhì)

型號(hào)
舊的日本型號(hào)
正負(fù)極材質(zhì)
正極
負(fù)極
B
-----
70％白金*30％銠
94％白金*6％銠
R
PR
87％白金*13％銠
100％白金
S
-----
90％白金*10％銠
100％白金
K
CA
鎳鉻合金（90％鎳*10％鉻）
鎳硅合金（95％鎳*2％錳*2％鋁）
E
CRC
鎳鉻合金（90％鎳*10％鉻）
銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
J
IC
99.5％鐵
銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
T
CC
100％銅
銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
N
-----
鎳鉻硅鑄鐵（84％鎳*14.2％鉻*1.45％硅）
鎳硅（95％鎳*4.4％硅*0.15鎂）

 
注：1）由于正極銠的含量不同，舊型號(hào)PR和新型號(hào)R并不是*統(tǒng)一。
        2）K型和E型所用的鎳鉻合金和鎳硅合金是美國(guó)Hoskins Mfg公司的注冊(cè)商標(biāo)產(chǎn)品。
 
 
 
熱電偶的檢測(cè)：
1） 外觀和結(jié)構(gòu)檢測(cè)：主要檢查影響熱電偶性能和使用壽命的外觀缺陷。如接點(diǎn)、焊點(diǎn)、商標(biāo)等。
 
 
2） 尺寸檢測(cè)：除非特別，所有的尺寸檢測(cè)都要依下表進(jìn)行。
                                                                                                         

非鎧裝型    鎧裝型 
標(biāo)稱長(zhǎng)度
精度
1000mm以下
±3.0mm
1000-2000mm
±5.0mm
2000mm以上
±7.0mm
標(biāo)稱長(zhǎng)度
精度
250mm以下
±3.0mm
250-1000mm
±5.0mm
1000mm以上
±1.0％mm
標(biāo)稱外徑（mm）
外徑（mm）
鎧裝厚度（mm）
素線徑（mm）
精度
標(biāo)準(zhǔn)
標(biāo)準(zhǔn)
精度
標(biāo)準(zhǔn)
精度
0.5
 
 
 
±0.05
0.05
0.09
±0.01
0.09
±0.01
1.0
1.00
0.15
±0.01
0.18
±0.01
1.6
1.60
0.23
±0.01
0.28
±0.02
2.2
2.20
0.33
±0.02
0.40
±0.03
3.2
3.18
0.48
±0.03
0.58
±0.03
4.8
4.78
0.71
±0.03
0.84
±0.05
6.4
6.35
0.94
±0.04
1.12
±0.05
8.0
7.95
1.17
±0.05
1.37
±0.05

 

 
3）光電阻抗檢測(cè)：                                           執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：JIS C1602-1981
                                                                                  單位：?/m

 
B
R
S
K
E
J
T
N
-----
PR
------
CA
CRC
IC
CC
------
28
0.32
------
------
------
------
------
------
6.17
16.43
24
0.50
1.75
1.47
1.43
------
------
------
------
6.50
22
0.65
------
------
------
2.95
3.56
1.70
1.50
4.08
18
1.00
------
------
------
1.25
1.50
0.72
0.63
1.62
14
1.60
------
------
------
0.49
0.59
0.28
0.25
0.64
11
2.30
------
------
------
0.24
0.28
0.14
------
0.32
8
3.20
------
------
------
0.12
0.15
0.07
------
0.13

注：上表中為0℃時(shí)正負(fù)極之間的阻抗
 
 
4）標(biāo)準(zhǔn)：

國(guó)家
標(biāo)準(zhǔn)
K
E
J
T
N
日本
JIS
C1602;C1605
C1602;C1605
C1602;C1605
C1602;C1605
----
美國(guó)
ANSI
MC96.1
MC96.1
MC96.1
MC96.1
NIST Monograph 161
ASTM
E230
E230
E230
E230
----
英國(guó)
BS
4937-4
4937-6
4937-3
4937-5
----
德國(guó)
DIN
43710
----
43710
43710
----
法國(guó)
NF
E18-001
----
E18-001
E18-001
----
校準(zhǔn)溫度（℃）
315,482,677
315,482,677
315,482,677
315,482,677
315,482,677

5）EMF校準(zhǔn)測(cè)試：
EMF值校準(zhǔn)測(cè)試使用比較法和定點(diǎn)測(cè)量法。鎧裝熱電偶的EMF測(cè)試是在整百溫度點(diǎn)上進(jìn)行的。-50℃-1000℃范圍內(nèi)的比較法和純金屬（銀，銅，鋁，鋇，鋅等）定點(diǎn)法都在廣泛使用。

金屬
凝固點(diǎn)（℃）ITS-90
精度（℃）
銦（In）
156.5985
*
錫（Sn）
231.928
±0.01
鎘（Cd）
321.069
*
鋅（Zn）
419.527
±0.001
銻（Sb）
630.63
*
鋁（Al）
660.323
±0.2
銀（Ag）
961.78
*
銅（Cu）
1084.62
±0.5

注：根據(jù)使用金屬的純度不同，精度也會(huì)有一些不同。
1） 絕緣阻抗測(cè)試：
熱電極和鎧裝管之間的絕緣阻抗是在室溫下，使用DC 250V 或者500V兆歐計(jì)測(cè)量。

熱電偶類型
電壓
絕緣阻抗
非鎧裝型
DC 500V
大于5 MΩ
外徑2.0mm以下鎧裝型
DC 100V
大于5 MΩ
外徑2.0mm以上鎧裝型
DC 500V
大于5 MΩ

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