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工业热电偶是热工监测与测试的计量工具,在工业生产中发挥着重要的作用。在当前的生产工艺流程中,检测技术及其应用越来越重要,尤其在对各种产品与构件进行无损擦伤、测量与计量方面。工业热电偶的种类主要有镍铬一镍硅热电偶、铂铑—铂热电偶、镍铬—考铜热电偶等种类,其中陶瓷热电偶作用功不可没,对于提高质量与企业的经济效益是不可或缺的。 工业热电偶工作原理是将两种不同的导体与半导体连接成闭合回路,再将其两个接点分别置于温度各为T及TO的热源中,则在该回路内即可产生热电动势。由于高温端的电子能量比低温端的电子能量大,因而从高温端跑到低温端的电子数比从低温端跑到高温端的要多,其结果是高温端失去电子而带正电荷,低温端因得到电子而带负电荷,从而形成一个静电场。这样在导体两端便产生一个相应的电位差即温差电。 工业热电偶在工业生产中的用途不断扩大的同时,具有更佳功能的特殊热电偶产品不断问世。其中钨铼系工业热电偶是一种较好的超高温热电偶材料,其最高使用温度受绝缘材料限制。国际上某些氮化硅陶瓷烧结温度已达到1800℃以上,采用钨铼热电偶进行测温是完全可行的。此外适用超导陶瓷生产使用的金铁—镍铬低温热电偶,快速反应薄膜热电偶及非金属热电偶材料,由于具备各种优点和价格低廉、资源丰富,在工业生产中也得到了广泛的应用。
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是: ①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响。 ②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269℃(如金铁镍铬),最高可达+2800℃(如钨-铼)。 ③构造简单,使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。 1.热电偶测温基本原理 将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来,构成一个闭合回路,如图2-1-1所 示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时,两者之间便产生电动势,因而在 回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工 作的。 2.热电偶的种类及结构形成 (1)热电偶的种类 常用热电偶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、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。 (2)热电偶的结构形式为了保证热电偶可靠、稳定地工作,对它的结构要求如下: ①组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固; ②两个热电极彼此之间应很好地绝缘,以防短路; ③补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠; ④保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 3.热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较贵重(特别是采用贵金属时),而测温点到仪表的距离都很远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采用补偿导线把热电偶的冷端(自由端)延伸到温度比较稳定的控制室内,连接到仪表端子上。必须指出,热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上,它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响,不起补偿作用。因此,还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t0≠0℃时对测温的影响。 在使用热电偶补偿导线时必须注意型号相配,极性不能接错,补偿导线与热电偶连接端的温度不能超过100℃。
[font=宋体] [color=#333333][size=3]在工业应用中,热电偶的选择首先应根据被测温度的上限,正确地选择热电偶的热电极及保护套管;根据被测对象的结构及安装特点,选择热电偶的规格及尺寸。[/size][/color][/font][color=#333333][font=宋体][size=3] 热电偶按结构形式可分为普通工业型、铠装型及特殊型等。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3] 常用的普通工业型热电偶有:[/size][/font][/color][size=3][color=#333333] [/color][color=#333333]1?[/color][color=#333333]铂铑[/color][color=#333333]10[/color][color=#333333]-铂热电偶:属于贵重金属热电偶,正极为铂铑合金,负极为铂,短期工作温度为[/color][color=#333333]1600[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333],长期工作温度为[/color][color=#333333]1300[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333],物理、化学稳定性好,一般用于准确度要求较高的高温测量。但材料较贵,热电势较小。分度号为[/color][color=#333333]S[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333] [/color][color=#333333]2?[/color][color=#333333]镍铬-镍硅热电偶:它是非贵重金属中性能最稳定的一种,应用很广,正极为镍铬。短期工作温度为[/color][color=#333333]1200[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333],长期工作温度为[/color][color=#333333]900[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。此种热电偶的热电势比上一种大[/color][color=#333333]4[/color][color=#333333]到[/color][color=#333333]5[/color][color=#333333]倍,而且线性度更好,误差一般在[/color][color=#333333](6[/color][color=#333333]~[/color][color=#333333]8)[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。但其热电极不易做得很均匀,较易氧化,稳定性差。分度号为[/color][color=#333333]K[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333] [/color][color=#333333]3?[/color][color=#333333]镍铬-康铜热电偶:正极是镍铬,短期工作温度为[/color][color=#333333]800[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333],长期工作温度为[/color][color=#333333]600[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333]。它是热电势最大的一种热电偶,测量准确度较高,但极易氧化。分度号为[/color][color=#333333]E[/color][color=#333333]。[/color][/size][size=3][color=#333333] [/color][color=#333333]4?[/color][color=#333333]铜-康铜热电偶:这是在低温下应用得很普遍的热电偶,测量温度范围[/color][color=#333333]([/color][color=#333333]-[/color][color=#333333]200[/color][color=#333333]~+[/color][color=#333333]200)[/color][color=#333333]℃[/color][color=#333333],稳定性好,低温时灵敏度高并且价格低廉。分度号为[/color][color=#333333]T[/color][color=#333333]。[/color][/size][color=#333333][font=宋体][size=3] 铠装热电偶是由热电极、绝缘材料和金属套管三者组合加工而成,它可以做得很细很长,在使用中可以随测量需要进行弯曲,其特点是:热惰性小、热接点处的热容量小、寿命较长、适应性强等,应用广泛。[/size][/font][/color][size=3][color=#333333] 热电偶安装时应放置在尽可能靠近所要测的温度控制点。为防止热量沿热电偶传走或防止保护管影响被测温度,热电偶应浸入所测流体之中,深度至少为直径的[/color][color=#333333]10[/color][color=#333333]倍。当测量固体温度时,热电偶应当顶着该材料或与该材料紧密接触。为了使导热误差减至最小,应减小接点附近的温度梯度。[/color][/size][color=#333333][font=宋体][size=3] 当用热电偶测量管道中的气体温度时,如果管壁温度明显地较高或较低,则热电偶将对之辐射或吸收热量,从而显著改变被测温度。这时,可以用一辐射屏蔽罩来使其温度接近气体温度,采用所谓的屏罩式热电偶。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3] 选择测温点时应具有代表性,例如测量管道中流体温度时,热电偶的测量端应处于管道中流速最大处。一般来说,热电偶的保护套管末端应越过流速中心线。[/size][/font][/color][color=#333333][font=宋体][size=3] 实际使用时特别要注意补偿导线的使用。通常接在仪表和接线盒之间的补偿导线,其热电性质与所用热电偶相同或相近,与热电偶连接后不会产生大的附加热电势,不会影响热电偶回路的总热电势。如果用普通导线来代替补偿导线,就起不到补偿作用,从而降低测温的准确性。所以,使用单位在安装仪表敷线时应注意:补偿导线与热电偶连接时,极性切勿接反,否则测温误差反而增大。[/size][/font][/color][size=3][color=#333333] 实际测量中,如果测量值偏离实际值太多,除热电偶安装位置不当外,还有可能是热电偶偶丝被氧化、热电偶测量端焊点出现砂眼等。[/color][color=#333333][/color][/size]