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热电偶 |
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热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：
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。
测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，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）。
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。
一、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。
图1 热电偶工作原理图
如图1所示，热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介中称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得温度值。
热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
式中：Et-热电偶的热电势；eAB(t)-温度为t时工作端的热电势；eAB(t0)-温度为t0时自由端的热电势
当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关，即Et=f(t)。
当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关，因此，用各种不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。
二、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。
1、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。这七种标准化热电偶的使用特性见表1，分度表详见2。
表1 标准化热电偶使用特性
序号 分度号 热电偶名称
热电偶丝直径（mm）
等级及允许偏差
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
温度范围℃
允许偏差
温度范围℃
允许偏差
温度范围℃
允许偏差
1 S 铂铑10-铂
0.5-0.020
0~1100
±1℃
0~600
±1.5℃
0~1600
±0.5%t
1100~1600
±[1+（t-1100）×0.003]℃
600~1600
±0.25%t
≤600
±3℃
>600
±0.5%t
2 B 铂铑30-铂铑6 0.5-0.015
--
--
600~1700
±0.25%t
600~800
±4℃
900~1700
±0.5%t
3 K 镍铬-镍硅 0.3，0.5，0.8，1.0，1.2，1.6，2.0，2.5，3.2
≤400
±1.6℃
≤400
±3℃
-200~0
±1.5%t
>400
±0.4%t
>400
±0.75%t
4
J 铁康铜
0.3，0.5，0.8，1.2，1.6，2.0，3.2 -40~750
±1.5℃或(±0.4%t)
-40~750
±2.5℃或(±0.75%t) --
--
5 R 铂铑13-铂 0.5-0.020
0~1100
±1℃ 0~600
±1.5℃ --
--
1100~1600
±[1+（t-1100）×0.003℃ 600~1600
±0.25%t
6 E 镍铬-康铜 0.3，0.5，0.8，1.2，1.6，2.0，3.2 -40~800
±1.5℃或(±0.4%t) -40~900
±2.5℃或(±0.75%t) -200~+40
±2.5℃或(±1.5%t)
7 T 铜-康铜 0.2，0.3，0.5，1.0，1.6 -40~350
±05℃或(±0.4%t) -40~350
±1.0或(±0.75) -200~+40
±1或±1.5%t
注：
t为被测温度
允许偏差以℃值或实际温度的百分数表示,两者中采用计算数值的较大值
2、非标准化热电偶
非标准化热电偶使用概况见表2
表2 非标准热电偶使用概况
名称 材料 测温范围℃ 允许误差℃ 特点 用途
正极 负极
高温热电偶 铂铑-3 铂 0~1600 热电势较铂铑10大,其它一样
测量钴合金熔液温度<1501℃
铂铑13 铂铑1 0~1700 ≤600为±10
>600为±0.5%t
在高温下抗沾污性能和机械性能好
各种高温测量
铂铑20 铂铑5 0~1700 在高温下抗氧化性能,机械性能好,化学稳定性好,50℃以下热电势小,参比端可以不用温度补偿
铱铑40 铂铑20 0~1850
铱铑40 铱 300~2200 ≤1000为±10
>1000为±1.0%t
热电势与温度线性好,适用于氧化,真空,惰性气体,热电势小,价贵,寿命短
航空和空间技术及其他高温测量
铱铑60 铱
钨铼3 钨铼25 300~2800 ≤1000为±10
>1000为±1.0%t
上限温度高,热电势比上述材料大,线性较好,适用于真空,还原性和惰性气氛
钢水温度测量及其他高温测量
钨铼5 钨铼20
低温热电偶 镍铬 金铁0.07% -270~0 ±1.0 在极低温下,灵敏度较高,稳定性好,热电极材料易复制,是较理想的低温热电偶
用于超导,宇航,受控热核反应等低温工程以及科研部门
铜 金铁0.07% -270~-196
非
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