熱電偶的工作原理是什麼

2021-03-03 23:03:55 字數 3084 閱讀 3873

工業測溫用的熱電偶,其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。

一、常用熱電偶絲材及其效能

1、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為s,也稱為單鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金,負極為純鉑;它的特點是:

(1)熱電效能穩定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續使用、長期使用溫度可達1300℃,超達1400℃時,即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶,使晶粒粗大而斷裂;

(2)精度高,它是在所有熱電偶中,準確度等級最高的,通常用作標準或測量較高的溫度;

(3)使用範圍較廣,均勻性及互換性好;

(4)主要缺點有:微分熱電勢較小,因而靈敏度較低;**較貴,機械強度低,不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

2、鉑銠13-鉑熱電偶(分度號為r,也稱為單鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金,負極為純鉑,同s型相比,它的電勢率大15%左右,其它效能幾乎相同,該種熱電偶在日本產業界,作為高溫熱電偶用得最多,而在中國,則用得較少;

3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為b,也稱為雙鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金,負極為含銠6%的鉑銠合金,在室溫下,其熱電勢很小,故在測量時一般不用補償導線,可忽略冷端溫度變化的影響;長期使用溫度為1600℃,短期為1800℃,因熱電勢較小,故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

b型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用,也可以在真空氣氛中的短期使用;即使在還原氣氛下,其壽命也是r或s型的10~20倍;由於其電極均由鉑銠合金製成,故不存在鉑銠-鉑熱電偶負極上所有的缺點、在高溫時很少有大結晶化的趨勢,且具有較大的機械強度;同時由於它對於雜質的吸收或銠的遷移的影響較少,因此經過長期使用後其熱電勢變化並不嚴重、缺點**昂貴(相對於單鉑銠而言)。

4、鎳鉻-鎳矽(鎳鋁)熱電偶(分度號為k)

該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金,負極為含矽3%的鎳矽合金(有些國家的產品負極為純鎳)。可測量0~1300℃的介質溫度,適宜在氧化性及惰性氣體中連續使用,短期使用溫度為1200℃,長期使用溫度為1000℃,其熱電勢與溫度的關係近似線性,**便宜,是目前用量最大的熱電偶。

k型熱電偶是抗氧化性較強的賤金屬熱電偶,不適宜在真空、含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛下裸絲使用;當氧分壓較低時,鎳鉻極中的鉻將擇優氧化,使熱電勢發生很大變化,但金屬氣體對其影響較小,因此,多採用金屬製保護管。

k型熱電偶的缺點:

(1)熱電勢的高溫穩定性較n型熱電偶及貴重金屬熱電偶差,在較高溫度下(例如超過1000℃)往往因氧化而損壞;

(2)在250~500℃範圍內短期熱迴圈穩定性不好,即在同一溫度點,在公升溫降溫過程中,其熱電勢示值不一樣,其差值可達2~3℃;

(3)其負極在150~200℃範圍內要發生磁性轉變,致使在室溫至230℃範圍內分度值往往偏離分度表,尤其是在磁場中使用時往往出現與時間無關的熱電勢干擾;

(4)長期處於高通量中系統輻照環境下,由於負極中的錳(mn)、鈷(co)等元素發生蛻變,使其穩定性欠佳,致使熱電勢發生較大變化。

5、鎳鉻矽-鎳矽熱電偶(分度號為n)

該熱電偶的主要特點是:在1300℃以下調溫抗氧化能力強,長期穩定性及短期熱迴圈復現性好,耐核輻射及耐低溫效能好,另外,在400~1300℃ 範圍內,n型熱電偶的熱電特性的線性比k型偶要好;但在低溫範圍內(-200~400℃)的非線性誤差較大,同時,材料較硬難於加工。

6、銅-銅鎳熱電偶(分度號為t)

t型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅,負極為銅鎳合金(也稱康銅),其主要特點是:在賤金屬熱電偶中,它的準確度最高、熱電極的均勻性好;它的使用溫度是-200~350℃,因銅熱電極易氧化,並且氧化膜易脫落,故在氧化性氣氛中使用時,一般不能超過300℃,在-200~300℃範圍內,它們靈敏度比較高,銅-康銅熱電偶還有乙個特點是**便宜,是常用幾種定型產品中最便宜的一種。

7、鐵-康銅熱電偶(分度號為j)

j型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵,負極為康銅(銅鎳合金),具特點是**便宜,適用於真空氧化的還原或惰性氣氛中,溫度範圍從 -200~800℃,但常用溫度只是500℃以下,因為超過這個溫度後,鐵熱電極的氧化速率加快,如採用粗線徑的絲材,尚可在高溫中使用且有較長的壽命; 該熱電偶能耐氫氣(h2)及一氧化碳(co)氣體腐蝕,但不能在高溫(例如500℃)含硫(s)的氣氛中使用。

8、鎳鉻-銅鎳(康銅)熱電偶(分度號為e)

e型熱電偶是一種較新的產品,它的正極是鎳鉻合金,負極是銅鎳合金(康銅),其最大特點是在常用的熱電偶中,其熱電勢最大,即靈敏度最高;它的應用範圍雖不及k型偶廣泛,但在要求靈敏度高、熱導率低、可容許大電阻的條件下,常常被選用;使用中的限制條件與k型相同,但對於含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。

除了以上8種常用的熱電偶外,作為非標準化的熱電偶還有鎢錸熱電偶,鉑銠系熱電偶,銥鍺系熱電偶,鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等。

二、絕緣管

該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起,熱電極之間需要用絕緣管保護。熱電偶的絕緣材料很多,大體上可分為有機和無機絕緣兩類,處於高溫端的絕緣物必須採用無機物,通常在1000以下選用粘土質絕緣管,在1300以下選用高鋁管,在1600以下選用剛玉管。

三、保護管

保護管的作用在於使用熱電偶電極不直接與被測介質接觸,它不僅可延長熱電偶的壽命,還可起到支撐和固定熱電極增加其強度的作用;因此,熱電偶保護管及絕緣選擇是否合適,將直接影響到熱電偶的使用壽命和測量的準確度,被採用做保護管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。

參考資料:

回答者: zhtri - 二級 2010-5-27 09:38

什麼叫熱電偶?這就要從熱電偶測溫原理說起,熱電偶是一種感溫元件,是一次儀表,它直接測量溫度,並把溫度訊號轉換成熱電動勢訊號,通過電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質的溫度。

熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合迴路,當兩端存在溫度梯度時,迴路中就會有電流通過,此時兩端之間就存在seebeck電動勢——熱電動勢,這就是所謂的塞貝克效應。兩種不同成份的均質導體為熱電極,溫度較高的一端為工作端,溫度較低的一端為自由端,自由端通常處於某個恆定的溫度下。

b:熱電偶工作原理: 兩種不同成份的導體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成迴路,當接合點的溫度不同時,在迴路中就會產生電動勢,這種現象稱為熱電效應,而這種電動勢稱為熱電勢。

熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的,其中,直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連線,顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。

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