传感器与自动检测 任务1 热电偶传感器测量温度 热电偶材料、种类、结构、安装.doc

2.1.3 热电偶的材料、种类及结构 1．热电偶材料 由热电效应可知，任意两种导体（或半导体）都可配成热电偶，但作为实用的测温元件，用做热电极的材料应具备如下几方面的条件： 热电性能稳定。热电势与温度的对应关系不会变动，有较好的均匀性和复现性，便于大批生产和互换。 化学性能稳定，成分均匀。不易在工作环境下氧化或（还原）和腐蚀，不产生蒸发现象。 有足够的灵敏度。热电势随温度的变化率足够大。 热电势和温度是单值关系，最好为线性或者简单函数关系。 电阻温度系数小，电阻率低。 测量范围广。要求在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度。 材料机械性能好，材料均匀。 满足上述条件的热电偶材料并不多。一般来说，纯金属的容易复制，但是其热电势较小，平均为20 μV/°C。非金属材料的热电势较大，可达100 μV/°C。但是复制性、稳定性、机械性能差因此使用受到很大限制。合金材料介于两者之间。因而要根据具体情况采用不同材料。目前，我国大量生产和使用的是性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的标准热电偶。 2．热电偶种类 （1）标准型热电偶 所谓标准型热电偶是指制造工艺比较成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入工业标准化文件中的热电偶。由于标准化文件对同一型号的标准型热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差，故同一型号的标准型热电偶互换性好，具有统一的分度表，并有与其配套的显示仪表可供选用。国际电工委员会（IEC）1975年向世界各国推荐了R、S、B、E、K、J、T等7种标准型热电偶。我国从1988年1月1日起，热电偶全部按IEC国际标准生产，如表2.1所示。在热电偶的名称中，正极写在前面，负极写在后面。 表2.1 热电偶特性表 名 称 分度号 代 号 测温范围 （℃） 100℃时的热电动势 （mV） 特 点 铂铑13-铂 R — ?50～1768 0.647 使用上限较高，精度高，性能稳定，复现性好；但热电动势较小，不能在金属和还原性气体中使用，在高温下使用特性会逐渐变坏，价昂贵；多用于精密测量 铂铑10-铂 S WRP ?50～1768 0.646 同上，性能不如R型热电偶。这是一种贵金属热电偶，铂铑10合金（铂占90%，铑占10%）为正极，铂为负极。电极直径通常为0.5mm，长期使用温度可达1300°C，短期使用可达1600°C,有很好的复现性和稳定性，国际适用温标中在630.74～1064.43°C范围内用它做标准仪器。这种热电偶的热势率较小，平均灵敏度为0.009mV/°C左右。价格很贵，非线性大，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用，在真空中可以短期使用。 铂铑30-铂铑6 B WRR 50～1280 0.033 熔点高，测温上限高，性能稳定，精度高，100℃以下热电动势极小，可不必考虑冷端补偿；价昂贵，热电动势小；只限于高温域的测量。长期使用的最高温度可达1600°C，短期可达1800°C。适宜于氧化性介质和中性介质中使用，不能在还原性气氛及含有金属或非金属蒸汽的气氛中使用。 热电势率比S型的更小。 镍铬-铜镍 （康铜） E WRK ?270～800 6.319 热电动势比K型热电偶大50%左右，线性好，耐高温，价廉；但不能用于还原性气体；多用于工业测量。高输出(68 μV/°C)，非磁性。 镍铬-镍硅 K WRN ?270～1370 4.095 热电动势大，线性好，稳定性好，价廉；但材质较硬，在1000℃以上长期使用会引起热电动势漂移；多用于工业测量。这是最常用的热电偶。温度量程自?200?°C到+1200?°C。磁性。敏感度41 μV/°C。 铁-铜镍 （康铜） J — ?210～760 5.269 价格低廉，在还原性气体中较稳定；但纯铁易被腐蚀和氧化；多用于工业测量。有限量程(?40至+750?°C)。不可用于760?°C以上。敏感度~52 μV/°C。 铜-铜镍 （康铜） T WRC ?270～400 4.279 价廉，加工性能好，离散性小，性能稳定，线性好，精度高；铜在高温时易被氧化，测温上限低；多用于低温域测量，可作?200～0℃温域的计量标准。有限量程(?250至+350?°C)。敏感度~43 μV/°C。 镍铬硅-镍硅 N — ?270～1370 2.744 是一种新型热电偶，各项性能优于K型热电偶，适用于工业测量。高稳定性，抗高温氧化。可用于高于1200?°C。900?°C时，敏感度39 μV/°C，略低于K型。 （2）非标准型热电偶 我国还生产一些未定型的非标准化热电偶，简称非标热电偶。非标热电偶一般没有统一的分度表，主要应用于一些特殊条件、场合下的测温，如超高温、极低温、高真空或核辐射等环境。非标热电偶有铂铑系、铱铑系、钨铼系及铁-康铜热电