常用熱電偶分度號(hào)有S、B、K、E、T、J等,這些都是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。其中K型也即鎳鉻-鎳硅熱電偶,它是一種能測(cè)量較高溫度的廉價(jià)熱偶。由于這種 合金具有較好的高溫抗氧化性,可適用于氧化性或中性介質(zhì)中。它可長(zhǎng)期測(cè)量1000度的高溫,短期可測(cè)到1200度。它不能用于還原性介質(zhì)中,否則,很快腐 蝕,在此情況下只能用于500度以下的測(cè)量。它比S型熱偶要便宜很多,它的重復(fù)性很好,產(chǎn)生的熱電勢(shì)大,因而靈敏度很高,而且它的線性很好。雖然其測(cè)量精 度略低,但能滿足工業(yè)測(cè)溫要求,所以它是工業(yè)上的熱電偶。
熱電偶工作原理:
兩種不同成份的導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動(dòng) 勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的,其中,直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測(cè)量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端); 冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì)指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)。
熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度,對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì),應(yīng)注意如下幾個(gè)問題:
(1)熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù);
(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(zhǎng)度和直徑無關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);
(3)當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢(shì)的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。
熱電偶的基本構(gòu)造:
工業(yè)測(cè)溫用的熱電偶,其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。
一、常用熱電偶絲材及其性能
1、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號(hào)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(fù)極為純鉑;它的特點(diǎn)是:
(1)熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)1300℃,超達(dá)1400℃時(shí),即使在空氣中、純鉑絲也將會(huì)再結(jié)晶,使晶粒粗大而斷裂;
(2)精度高,它是在所有熱電偶中,準(zhǔn)確度等級(jí)的,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量較高的溫度;
(3)使用范圍較廣,均勻性及互換性好;
(4)主要缺點(diǎn)有:微分熱電勢(shì)較小,因而靈敏度較低;價(jià)格較貴,機(jī)械強(qiáng)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(hào)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(fù)極為純鉑,同S型相比,它的電勢(shì)率大15%左右,其它性能幾乎相同,該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界,作為高溫?zé)犭娕加玫米疃?,而在中?guó),則用得較少;
3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號(hào)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(fù)極為含銠6%的鉑銠合金,在室溫下,其熱電勢(shì)很小,故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線,可忽略冷端溫度變化的影響;長(zhǎng)期使用溫度為1600℃,短期為1800℃,因熱電勢(shì)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;由于其電極均由鉑 銠合金制成,故不存在鉑銠-鉑熱電偶負(fù)極上所有的缺點(diǎn)、在高溫時(shí)很少有大結(jié)晶化的趨勢(shì),且具有較大的機(jī)械強(qiáng)度;同時(shí)由于它對(duì)于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響 較少,因此經(jīng)過長(zhǎng)期使用后其熱電勢(shì)變化并不嚴(yán)重、缺點(diǎn)價(jià)格昂貴(相對(duì)于單鉑銠而言)。
4、鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶(分度號(hào)為K)
該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金,負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金(有些國(guó)家的產(chǎn)品負(fù)極為純鎳)??蓽y(cè)量0~1300℃的介質(zhì)溫度,適宜在氧化性及 惰性氣體中連續(xù)使用,短期使用溫度為1200℃,長(zhǎng)期使用溫度為1000℃,其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性,價(jià)格便宜,是目前用量的熱電偶。
K型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的金屬熱電偶,不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用;當(dāng)氧分壓較低時(shí),鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化,使熱電勢(shì)發(fā)生很大變化,但金屬氣體對(duì)其影響較小,因此,多采用金屬制保護(hù)管。
K型熱電偶的缺點(diǎn):
(1)熱電勢(shì)的高溫穩(wěn)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℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好,即在同一溫度點(diǎn),在升溫降溫過程中,其熱電勢(shì)示值不一樣,其差值可達(dá)2~3℃;
(3)其負(fù)極在150~200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變,致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表,尤其是在磁場(chǎng)中使用時(shí)往往出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電勢(shì)干