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熱電偶的原理及構造

熱電偶是工業上最常用的溫度檢測元件之一。其優點是:

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸,不受中間介質的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可邊續測量,某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻),最高可達+2800℃(如鎢-錸)。

③構造簡單,使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成,而且不受大小和開頭的限制,外有保護套管,用起來非常方便。

1.熱電偶測溫基本原理

將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來,構成一個閉合回路。當導體A和B的兩個執著點1和2之間存在溫差時,兩者之間便產生電動勢,因而在回路中形成一個大小的電流,這種現象稱為熱電效應。熱電偶就是利用這一效應來工作的。

2.熱電偶的種類及結構形成

(1)熱電偶的種類

常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所調用標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶

我國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,并指定S、B、E、K、R、J、T(即分度號)七種標準化熱電偶為我國統一設計型熱電偶。

(2)熱電偶的結構形式為了保證熱電偶可靠、穩定地工作,對它的結構要求如下:

① 組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固;

② 兩個熱電極彼此之間應很好地絕緣,以防短路;

③ 補償導線與熱電偶自由端的連接要方便可靠;

④ 保護套管應能保證熱電極與有害介質充分隔離。

3.熱電偶冷端的溫度補償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴 金屬時),而測溫點到儀表的距離都很遠,為了節省熱電偶材料,降低成本,通常采用補償導線把熱電偶的冷 端(自由端)延伸到溫度比較穩定的控制室內,連接到儀表端子上。必須指出,熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極,使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上,它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響,不起補償作用。因此,還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響。

在使用熱電偶補償導線時必須注意型號相配,極性不能接錯,補償導線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

例如:S型熱電偶)鉑銠10-鉑熱電偶
鉑銠10-鉑熱電偶(S型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規定為0.5mm,允許偏差-0.02mm,其正極(SP)的名義化學成分為鉑銠合金,其中含銠為10%,含鉑為90%,負極(SN)為純鉑,故俗稱單鉑銠熱電偶。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確度最高,穩定性最好,測溫溫區寬,使用壽命長等優點。它的物理,化學性能良好,熱電勢穩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型熱電偶具有優良的綜合性能,符合國際使用溫標的S型熱電偶,長期以來曾作為國際溫標的內插儀器,“ITS-90”雖規定今后不再作為國際溫標的內查儀器,但國際溫度咨詢委員會(CCT)認為S型熱電偶仍可用于近似實現國際溫標。
S型熱電偶不足之處是熱電勢,熱電勢率較小,靈敏讀低,高溫下機械強度下降,對污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。

 

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