常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓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。标准化热电偶中国从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中国统一设计型热电偶。
从理论上讲,任何两种不同导体(或半导体)都可以配制成热电偶,但是作为实用的测温元件,对它的要求是多方面的。为了保证工程技术中的可靠性,以及足够的测量精度,并不是所有材料都能组成热电偶,一般对热电偶的电极材料,基本要求是:
1、在测温范围内,热电性质稳定,不随时间而变化,有足够的物理化学稳定性,不易氧化或腐蚀;
2、电阻温度系数小,导电率高,比热小;
3、测温中产生热电势要大,并且热电势与温度之间呈线性或接近线性的单值函数关系;
4、材料复制性好,机械强度高,制造工艺简单,价格便宜。
热电偶的种类
热电偶的主要种类区别在其热电偶芯(两根偶丝)的材质不同而不同,它所输出的电动势也不同,热电偶主要有以下几种(见下表),
装配热电偶
装配热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。 可选型号
b型、s型、k型、e型 主要技术参数
测量范围及基本误差限
根据 环境 温度范围 连接方式 等参数来,以下常见热电偶的特性
1、k型热电偶镍铬(镍硅(镍铝)热电偶)
k型热电偶是抗氧化性较强的贱金属热电偶,可测量0~1300℃的介质温度,适宜在氧化性及惰性气体中连续使用,短期使用温度为1200℃,长期使用温度为1000℃,其热电势与温度的关系近似线性,是目前用量最大的热电偶。然而,它不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用;当氧分压较低时,镍铬极中的铬将择优氧化,使热电势发生很大变化,但金属气体对其影响较小,因此,多采用金属制保护管。
k型热电偶缺点:
(1)热电势的高温稳定性较n型热电偶及贵重金属热电偶差,在较高温度下(例如超过1000℃)往往因氧化而损坏;
(2)在250~500℃范围内短期热循环稳定性不好,即在同一温度点,在升温降温过程中,其热电势示值不一样,其差值可达2~3℃;
(3)其负极在150~200℃范围内要发生磁性转变,致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表,尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰;
(4)长期处于高通量中系统辐照环境下,由于负极中的锰(mn)、钴(co)等元素发生蜕变,使其稳定性欠佳,致使热电势发生较大变化。
2、s型热电偶(铂铑10-铂热电偶)
该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂。其特点是:
(1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃时,即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶,使晶粒粗大而断裂;
(2)精度高,在所有热电偶中准确度等级最高,通常用作标准或测量较高温度;(3)使用范围较广,均匀性及互换性好;(4)主要缺点有:微分热电势较小,因而灵敏度较低;价格较贵,机械强度低,不适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
3、e型热电偶(镍铬-铜镍[康铜]热电偶)
e型热电偶为一种较新产品,正极为镍铬合金,负极为铜镍合金(康铜)。其最大特点是在常用的热电偶中,其热电势最大,即灵敏度最高;它的应用范围虽不及k型偶广泛,但在要求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下,常常被选用;使用中的限制条件与k型相同,但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。
4、n型热电偶(镍铬硅-镍硅热电偶)
该热电偶的主要特点:在1300℃以下调温抗氧化能力强,长期稳定性及短期热循环复现性好,耐核辐射及耐低温性能好,另外,在400~1300℃范围内,n型热电偶的热电特性的线性比k型偶要好;但在低温范围内(-200~400℃)的非线性误差较大,同时,材料较硬难于加工。
5、j型热电偶(铁-康铜热电偶)
j型热电偶:该热电偶的正极为纯铁,负极为康铜(铜镍合金),具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中,温度范围从-200~800℃,但常用温度只在500℃以下,因为超过这个温度后,铁热电极的氧化速率加快,如采用粗线径的丝材,尚可在高温中使用且有较长的寿命;该热电偶能耐氢气(h2)及一氧化碳(co)气体腐蚀,但不能在高温(例如500℃)含硫(s)的气氛中使用。
6、t型热电偶(铜-铜镍热电偶)
t型热电电偶:该热电偶的正极为纯铜,负极为铜镍合金(也称康铜),其主要特点是:在贱金属热电偶中,它的准确度最高、热电极的均匀性好;它的使用温度是-200~350℃,因铜热电极易氧化,并且氧化膜易脱落,故在氧化性气氛中使用时,一般不能超过300℃,在-200~300℃范围内,它们灵敏度比较高,铜-康铜热电偶还有一个特点是价格便宜,是常用几种定型产品中最便宜的一种。
7、r型热电偶(铂铑13-铂热电偶)
该热电偶的正极为含13%的铂铑合金,负极为纯铂,同s 型相比,它的电势率大15%左右,其它性能几乎相同,该种热电偶在日本产业界,作为高温热电偶用得最多,而在中国,则用得较少。
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