熱電偶的作用及工作原理

在兩個不同成分的導體(稱為熱電偶芯線和熱電極)的兩端連接電路，如果接合點的溫度不同，則在電路中產生電動勢的現象稱為熱電效應，該電動勢稱為熱電勢。 熱電偶是利用該原理進行溫度測量的，其中直接用于測量介質溫度的一端稱為工作端(也稱為測量端，另一端稱為冷端(也稱為補償端) )的冷端與顯示器或輔助器連接，顯示器表示熱電偶產生的熱電勢。

典型的熱電偶索引號包括s、b、k、e、t和j，它們是標準化的熱電偶。 其中k型為鎳鉻熱電偶，是一種能測量較高溫度的廉價熱偶。 該合金具有優異的高溫耐氧化性，可應用于氧化性或中性介質。 這個可以長期測定1000度的高溫，短期可以測定1200度。 不能用于還原性介質。 否則，會立即腐蝕，此時只能用于500度以下的測量。 它比s型熱偶便宜得多，重現性好，熱電勢大，靈敏度高，線性好。 其測量精度稍低，但由于滿足工業測溫要求，因此是工業上常用于zui的熱電偶。 廣泛用作工業測溫中zui的溫度傳感器之一<； br/>； 熱電偶與白金測溫電阻體一起，約占溫度傳感器整體的60%，熱電偶通常與顯示器等組合使用，直接測量各種生產過程中-40~1800℃范圍內的液體、蒸汽和氣體介質、固體的表面溫度。

熱電偶實際上是能量轉換器，將熱能轉換為電能，用產生的熱電勢測量溫度。 關于熱電偶的熱電勢，請注意以下幾個問題

(1)熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差，不是熱電偶兩端溫度差的函數

(2)熱電偶產生的熱電勢的大小，在熱電偶的材料均勻的情況下，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫度差有關

(3)確定了熱電偶的兩個熱電偶芯線的材料成分之后，關于熱電偶的熱電勢的大小，只要僅與熱電偶的溫度差有關的熱電偶的冷端的溫度保持一定，該熱電偶的熱電勢只不過是工作端溫度的一值函數。

熱電偶的基本結構:

工業測溫用的熱電偶，作為基本構造有熱電偶線材、絕緣管、保護管、端子箱等。

一、常用熱電偶材料及其性能

1、鉑銠10-鉑熱電偶(索引編號為s，也稱為鉑銠熱電偶)。

該熱電偶的正極成分為含有10%銠的鉑銠合金，負極為純鉑，其特征如下

(1)熱電性能穩定、耐氧化性強、優選在氧化性氣氛中連續使用，長期使用溫度達到1300℃，超過1400℃時，在空氣中即使是純白金線也會再結晶，晶粒變粗大而斷裂

(2)精度高，它在所有熱電偶中精度等級zui高，通常用作標準，或測量高溫度

(3)使用范圍廣，均勻性和互換性好；

(4)主要缺點是微分熱電勢小，靈敏度低，價格高，機械強度低，不適合在有還原性氣氛或金屬蒸汽的條件下使用。

2、鉑銠13-鉑熱電偶(索引編號也稱為r、鉑銠熱電偶)

該熱電偶正極含鉑銠合金13%，負極為純鉑，與s型相比電位率大約15%，其他性能基本相同，這種熱電偶在日本產業界作為高溫熱電偶zui較多，在中國較少

3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(也稱為索引號b、鉑銠熱電偶)。

該熱電偶的正極是含有30%銠的鉑銠合金，負極是含有6%銠的鉑銠合金，在室溫下熱電勢小，因此測定時不需要補償引線，能夠忽略冷溫度變化的影響的長期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，熱電勢小，因此靈敏度高

b型熱電偶適合在氧化性或中性氣氛中使用，即使在可以在真空氣氛中短期使用還原氣氛下，其壽命為r或s型的10~20倍，其電極由鉑銠合金構成，因此存在鉑銠-鉑熱電偶的負極上的所有缺點，高溫時大的結晶化傾向少， 且具有較大的機械強度，同時由于對雜質的吸收和銠的遷移的影響較小，長期使用后，熱電勢的變化不嚴重，缺陷價格高(相對于鉑銠)。

4、鎳鉻合金熱電偶(分度代號k )

這個熱電偶的正極是含有10%鉻的鎳鉻合金，負極是含有3%硅的鎳硅合金(在一些國家，負極是純鎳)。 可測定0~1300℃的介質溫度，適用于氧化性及惰性氣體中的連續使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，熱電勢與溫度的關系基本為線性，廉價，是目前使用量zui較大的熱電偶。

k型熱電偶是耐氧化性強的賤金屬熱電偶，在真空、含硫、含碳氣氛和氧化還原交替的氣氛下裸線使用不理想的氧分壓低時，鎳鉻電極中的鉻優先氧化，熱電勢變化很大，但金屬氣體的影響小，因此多采用金屬制保護管。

k型熱電偶的缺點:

(1)熱電勢的高溫穩定性比n型熱電偶和貴金屬熱電偶差，在高溫度(例如超過1000℃)下多被氧化破壞

(在250~500℃范圍內短期的熱循環的穩定性差，即在同一溫度點，在升溫降溫過程中，其熱電勢的顯示值不同，其差能夠達到2~3℃

(3)該負極在150~200℃的范圍內發生磁性變化，在室溫230℃的范圍內，從分度表的分度值偏離的情況較多，特別是在磁場中使用的情況下，大多發生與時間無關的熱電勢干擾

(4)在長期高吞吐量系統照射環境下，負極中錳( Mn )、鈷( Co )等元素發生脫變，穩定性不佳，熱電勢發生較大變化。

5、鎳鉻-鎳硅熱電偶(索引編號為n )

該熱電偶的主要特征是在1300℃以下溫度調節的抗氧化能力強，長期穩定性和短期熱循環再現性好，耐放射線性和耐低溫性能好，另外，在400~1300℃的范圍內，n型熱電偶的熱電特性的線性比k型人偶好，但在低溫區域(-200~400℃)非線性誤差大，同時

6、銅-銅鎳熱電偶(分度代號t )

t型熱電偶是該熱電偶正極為純銅，負極為銅鎳合金(也稱為康銅)，其主要特征在于，在賤金屬熱電偶中，其精度高，熱電極的均勻性良好，其使用溫度為-200~350℃，銅熱電偶容易氧化，氧化膜容易剝離，因此在氧化性氣氛下使用時 一般不得超過300℃，在-200~300℃范圍內靈敏度高，銅-康銅熱電偶具有價格便宜、常用定型產品中zui便宜的特點。

7、鐵-康銅熱電偶(分度代號為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)，其特征在于廉價，適于真空氧化的還原和惰性氣氛，溫度范圍為-200~800℃，常用溫度為500℃以下，超過該溫度時，鐵熱電極的氧化速度變快，采用粗線徑的線材時，還可以在高溫下使用， 該長壽命熱電偶能耐受氫氣( H2)和一氧化碳( CO )氣體的腐蝕，但在含有高溫(例如500℃)的硫磺( s )的氣氛中不能使用。

8、鎳鉻銅鎳(康銅)熱電偶(分度代號e )

e型熱電偶是一種新產品，其正極為鎳鉻合金，負極為銅鎳合金(康銅)，zui特征為常用熱電偶，熱電勢zui大，即靈敏度zui高，其應用范圍不及k型偶數

除以上8種常用熱電偶外，非標準化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，熱電極間需要用絕緣管保護。 熱電偶的絕緣材料很多，基本上分為有機和無機絕緣兩種，高溫端的絕緣物必須采用無機物。 通常，選擇粘土質絕緣管在1000以下、氧化鋁管在1300以下、剛玉管在1600以下。

三、保護管

保護管的作用是，由于熱電偶的電極不直接與被檢測介質接觸，不僅能延長熱電偶的壽命，還能起到提高熱電偶強度的作用，因此，熱電偶的保護管和絕緣選擇是否適當直接影響熱電偶的壽命和測定的準確性，作為保護管采用的材料主要分為金屬和非金屬兩類。

本文熱電偶高頻詞： 電勢  鉑銠 

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