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仪表设备之热电偶

工业测温中广泛使用的温度传感器之一热电偶，与铂热电阻一起，约占整

个温度传感器总量的60%，热电偶通常和显示仪表等配套使用，直接测量各种

生产过程中-40～1800℃范围内的液体、蒸气和气体介质以及固体的表面温度。

 关键词：热电偶原理构成选型安装

 正文

 1、热电偶工作原理：

 两种不同成份的导体（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合

点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种

电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用

作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称

为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生

的热电势。

 热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势

测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：

 （１）热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差，而不是热电偶两端温度

差的函数；

 （２）热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶

的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；

 （３）当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只

与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势

仅是工作端温度的单值函数。

 2、热电偶的构成

 工业测温用的热电偶，其基本构造包括热电偶丝材、绝缘管、保护管和接线

盒等。

 1.常用热电偶丝材及其性能

 根据热电偶选用的丝材可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标

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,我国从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、R、B、K、N、T、J、E、（即分度号）八种标准化热电

偶为我国统一设计型热电偶。

 a)铂铑10－铂热电偶（分度号为Ｓ，也称为单铂铑热电偶）

 该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂；它的特点是：

 （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，它是在所有热电偶中，准确度等级很高的，通常用作标准或

测量较高的温度；

 （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。

 b)铂铑13－铂热电偶（分度号为Ｒ，也称为单铂铑热电偶）

 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

偶用得多，而在中国，则用得较少；

 c)铂铑30－铂铑6热电偶（分度号为Ｂ，也称为双铂铑热电偶）

 该热电偶的正极是含铑30%的铂铑合金，负极为含铑6%的铂铑合金，在室

温下，其热电势很小，故在测量时一般不用补偿导线，可忽略冷端温度变化的

影响；长期使用温度为1600℃，短期为1800℃，因热电势较小，故需配用灵

敏度较高的显示仪表。

 Ｂ型热电偶适宜在氧化性或中性气氛中使用，也可以在真空气氛中的短期使

用；即使在还原气氛下，其寿命也是Ｒ或Ｓ型的10～20倍；由于其电极均由

铂铑合金制成，故不存在铂铑－铂热电偶负极上所有的缺点、在高温时很少有

大结晶化的趋势，且具有较大的机械强度；同时由于它对于杂质的吸收或铑的

迁移的影响较少，因此经过长期使用后其热电势变化并不严重、缺点价格昂贵

（相对于单铂铑而言）。

 d)镍铬－镍硅（镍铝）热电偶（分度号为Ｋ）

 该热电偶的正极为含铬10%的镍铬合金，负极为含硅3%的镍硅合金（有些

国家的产品负极为纯镍）。可测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，价格便宜，是目前用量很大的热电偶。

 Ｋ型热电偶是抗氧化性较强的便宜的金属