熱電偶,作為溫度測量設(shè)備中常用的測溫元件,常用的有K型、S型等,各種測溫范圍略有區(qū)別。
K型熱電偶測溫必須由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡單的K型熱電偶測溫示意圖。
K型熱電偶測溫示意圖
按右圖組成的熱電偶蕊及測溫電偶絲1 ,如果將熱電偶的熱端加熱,使得冷、熱兩端的溫度不同,則在該熱電偶回路中就會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì),這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢(shì)由溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)兩部分組成。接觸電勢(shì):兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢(shì)。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí),假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb,則在兩導(dǎo)體的接觸面上,電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同,由導(dǎo)體A擴(kuò)散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電,導(dǎo)體B獲得電子而顯負(fù)電。
因此,在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場,這個(gè)電場將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)地繼續(xù)進(jìn)行,同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動(dòng),使從B到A的電子數(shù)增多,最后達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差,這個(gè)電位差稱為接觸電勢(shì)。此電勢(shì)只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān),當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定,接觸電勢(shì)僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高,導(dǎo)體中的電子就越活躍,由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多,接觸面處所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)就越大,即接觸電勢(shì)越大。
K型熱電偶作為一種溫度傳感器,通常和顯現(xiàn)外表,記載外表和電子調(diào)節(jié)器配套運(yùn)用。K型熱電偶能夠直接測量各種生產(chǎn)中從0℃-1300℃(短期)0-1000(長時(shí)間)規(guī)模的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。K型熱電偶通常由感溫元件、裝置固定裝置和接線盒等首要部件組成。K型熱電偶是當(dāng)前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。
K型熱電偶絲徑及正負(fù)極
K型熱電偶絲直徑通常為1.2~4.0mm。 正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=92:12,負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=99:3,其運(yùn)用溫度為-200~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度高,安穩(wěn)性和均勻性較好,抗氧化功能強(qiáng),價(jià)格便宜等長處,能用于氧化性慵懶氣氛中廣泛為用戶所選用。K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,復(fù)原性或復(fù)原,氧化替換的氣氛中和真空中,也不引薦用于弱氧化氣氛。K型熱電偶特色檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。有必要配二次外表,其長處是:
?、贉y量精度高。因熱電偶直接與被測目標(biāo)觸摸,不受中心介質(zhì)的影響。
?、跍y量規(guī)模廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可接連測量,某些特別熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達(dá)+2800℃(如鎢錸)
?、鄄季趾喡裕\(yùn)用便利。熱電偶通常是由兩種不一樣的金屬絲組成,并且不受巨細(xì)和最初的約束,外有維護(hù)套管,用起來十分便利。
依據(jù)溫度測量規(guī)模及精度,選用相應(yīng)分度號(hào)的熱電偶 運(yùn)用溫度在1300~1800℃,需求精度又比較高時(shí),通常選用B型熱電偶,需求精度不高,可用鎢錸熱電偶,高于1800℃通常選用鎢錸熱電偶;運(yùn)用溫度在1000~1300℃需求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下通常用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃通常用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測量通常用T型電偶,在低溫時(shí)T型熱電偶安穩(wěn)并且精度高。
J型熱電偶測溫范圍
鐵-銅鎳熱電偶(J型熱電偶)又稱鐵-康銅熱電偶,也是一種價(jià)格低廉的廉金屬的熱電偶。J型熱電偶的正極(JP)的名義化學(xué)成分為純鐵,負(fù)極 (JN)為銅鎳合金,常被含糊地稱之為康銅,其名義化學(xué)成分為:55%銅和45%鎳,以及少量卻十分重要的錳,鈷,鐵等元素,盡管J型熱電偶叫康銅,但不同于鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅,故不能用EN和TN來替換。鐵-康銅熱電偶的覆蓋測量溫區(qū)為-200~1200℃,但通常使用的溫度范圍為0~750℃
J型熱電偶具有線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),廣為用戶所采用。
J型熱電偶可用于真空,氧化,還原和惰性氣氛中,但正極鐵在高溫下氧化較快,故使用溫度受到限制,也不能直接無保護(hù)地在高溫下用于硫化氣氛中。
鉑銠10-鉑熱電偶(S型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(SP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為10%,含鉑為90%,負(fù)極(SN)為純鉑,故俗稱單鉑帶熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。
S型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高,穩(wěn)定性最好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。物理、化學(xué)性能良好,熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化性和惰性氣氛中。由于S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能,符合國際使用溫標(biāo)的S型熱電偶,長期以來曾作為國際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器,ITS-90雖規(guī)定今后不再作為國際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器,但國際溫度咨詢委員會(huì)(CCT)認(rèn)為S型熱電偶仍可用于近似實(shí)現(xiàn)國際溫標(biāo)。
鉑銠熱電偶
鉑帶熱電偶又稱耐高 溫貴金屬熱電偶,分為三種: S 型熱電偶 (鉑耙10- 鉑熱電偶)、 R 型熱電偶(鉑帶 13- 鉑熱電偶)、 B 型熱電偶(鉑銠 30- 鉑 銠 6 熱電偶),主要分為單鉑銠和雙鉑銠,適用于各種高溫場合,廣泛應(yīng)用于玻璃、陶瓷及工業(yè)鹽浴爐等生產(chǎn) 過程中的測溫領(lǐng)域。其中 S 型熱電偶是目前國內(nèi)工業(yè)最為常用的一種。 由于測量溫度較高,一般不銹鋼保護(hù)管耐高溫只能達(dá)1000 度,耐1000 度以上的不銹鋼保護(hù)管價(jià)格昂貴,故常用鋼玉陶瓷保護(hù)管,純度高的剛玉管可耐高溫達(dá) 1600 度,缺點(diǎn)是易碎。
鉑帶熱電偶是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路時(shí),當(dāng)兩接合點(diǎn)溫度不同時(shí),就會(huì)在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存在有溫差時(shí),顯示儀表將會(huì)批示出熱電偶產(chǎn)生的熱電勢(shì)所對(duì)應(yīng)的溫度值。
鉑帶熱電偶的熱電動(dòng)熱將隨著測量端溫度升高而增長,大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)、與熱電極的長度、直徑無關(guān)。
各種鉑金熱電偶的外形常因需要而極不相同,但是基本結(jié)構(gòu)卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要成分組成