應用行業

產品廣泛應用于煉鋼煉鐵、石油化工、機械制造、玻璃陶瓷、塑料橡膠、釀酒制藥、輕工紡織、食品、煙草、水處理、火電及核工業等行業。

技術資料

熱電偶定義:
中文名稱：熱電偶

英文名稱：thermocouple

熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，是由兩種不同成分的導體兩端接合成回路時，當兩接合點 熱電偶溫度不同時，就會在回路內產生熱電流。如果熱電偶的工作端與參比端存有溫差時，顯示儀表將會指示出熱電偶產生的熱電勢所對應的溫度值。熱電偶的熱電動熱將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關，與熱電極的長度、直徑無關。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同，但是它們的基本結構卻大致相同，通常由熱電極、絕緣套保護管和接線盒等主要部分組成，通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調節器配套使用。

概述:
　　熱電偶是一種感溫元件，是一種儀表。它直接測量溫度，并把溫度信號轉換成熱電動勢信號，通過電氣儀表（二次儀表）轉換成被測介質的溫度。熱電偶測溫的基本原理是兩種不同成份的材質導體組成閉合回路，當兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢——熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質導體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。根據熱電動勢與溫度的函數關系，制成熱電偶分度表； 分度表是自由端溫度在0℃時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時，只要該材料兩個接點的溫度相同，熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測溫時，可接入測量儀表， 測得熱電動勢后，即可知道被測介質的溫度。 鎧裝熱電偶測量溫度時要求其冷端（測量端為熱端，通過引線與測量電路連接的端稱為冷端）的溫度保持不變，其熱電勢大小才與測量溫度呈一定的比例關系。若測量時，冷端的（環境）溫度變化，將嚴重影響測量的準確性。在冷端采取一定措施補償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補償正常。

主要技術參數

測量范圍及基本誤差限

注：t為感溫元件實測溫度值（℃）

熱電偶時間常數

◆熱電偶公稱壓力：一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂。
◆熱電偶最小插入深度：應不小于其保護套管外徑的8－10倍（特列產品例外）
◆絕緣電阻：當周圍空氣溫度為15－35℃，相對濕度＜80％時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線盒的熱電偶，當相對溫度為93± 3℃ 時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V）
◆高溫下的絕緣電阻：熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大于下表規定的值。

特點:
1,裝配簡單，更換方便　
2,壓簧式感溫元件，抗震性能好 　　
3,測量精度高 　　
4,測量范圍大（－200℃～1300℃，特殊情況下－270℃～2800℃） 　　
5,熱響應時間快 　　
6,機械強度高，耐壓性能好 　　
7,耐高溫可達2800度 　　
8,使用壽命長

結構:
　　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。

工作原理:
　　兩種不同成份的導體（稱為熱電偶絲材或熱電極）兩端接合成回路，當兩個接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就 熱電偶是利用這種原理進行溫度測量的，其中，直接用作測量介質溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產生的熱電勢。熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題： 　　
1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數； 　　
2 ：熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；
3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。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，如圖所示。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。

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。標準化熱電偶中國從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S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。

常用熱電偶材料:
　　熱電偶分度號熱電極材料 使用溫度范圍（℃） 正極 負極 　　
S 鉑銠合金（銠含量10 %） 純鉑 0-1600 　　
R 鉑銠合金（銠含量13 %） 純鉑 0-1600 　　
B 鉑銠合金（銠含量30%） 鉑銠（銠含量6% ） 0-1800 　　
K 鎳鉻鎳硅 -200-+1100 　　
T 純銅 銅鎳 -200-+300 　　
J 鐵 銅鎳 -200-+600 　　
N 鎳鉻硅鎳硅 -200-+1200 　　
E 鎳鉻 銅鎳 -200-+700 　　

熱電偶的種類：
裝配熱電偶，鎧裝熱電偶，端面熱電偶，壓簧固定熱電偶，高溫熱電偶，鉑銠熱電偶，防腐熱電偶，耐磨熱電偶，高壓熱電偶，特殊熱電偶，手持式熱電偶，微型熱電偶，貴金屬熱電偶，快速熱電偶，鎢錸熱電偶，單芯鎧裝熱電偶等等。 　　
從理論上講，任何兩種不同導體（或半導體）都可以配制成熱電偶，但是作為實用的測溫元件，對它的要求是多方面的。為了保證工程技術中的可靠性，以及足夠的測量精度，并不是所有材料都能組成熱電偶，一般對熱電偶的電極材料，基本要求是：
（1）、在測溫范圍內，熱電性質穩定，不隨時間而變化，有足夠的物理化學穩定性，不易氧化或腐蝕；
（2）、電阻溫度系數小，導電率高，比熱小；
（3）、測溫中產生熱電勢要大，并且熱電勢與溫度之間呈線性或接近線性的單值函數關系；
（4）、材料復制性好，機械強度高，制造工藝簡單，價格便宜。

　
熱電偶公稱壓力：
一般是指在工作溫度下保護管所能承受的靜態外壓而破裂。熱電偶最小插入深度：應不小于其保護套管外徑的8－10倍（特列產品例外）絕緣電阻：當周圍空氣溫度為15－35℃，相對濕度<80%時絕緣電阻≥5兆歐（電壓100V）。具有防濺式接線盒的熱電偶，當相對溫度為93±3℃時，絕緣電阻≥0.5兆歐（電壓100V）高溫下的絕緣電阻，熱電偶在高溫下，其熱電極（包括雙支式）與保護管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻（按每米計）應大于下表規定的值。

相關介紹:
熱電偶的基本定律
1，均質導體定律由同一種均質材料（導體或半導體）兩端焊接組成閉合回路，無論導體截面如何以及溫度如何分布，將不產生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。可見，熱電偶必須由兩種不同的均質導體或半導體構成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產生附加熱電勢。 　　
2，中間導體定律在熱電偶回路中接入中間導體（第三導體），只要中間導體兩端溫度相同，中間導體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導體定律。應用：依據中間導體定律，在熱電偶實際測溫應用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經連接導線與顯示儀表連接構成測溫系統。有人擔心用銅導線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導線與熱電偶連接處產生的接觸電勢會使測量產生附加誤差。根據這個定律，是沒有這個誤差的！ 　　
3，中間溫度定律熱電偶回路兩接點（溫度為T、T0）間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時的熱電勢與在溫度為Tn、T0時的熱電勢的代數和。Tn稱中間溫度,應用：由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關系，當冷端溫度不為0℃時，不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0）直接查表求取熱端溫度值；也不能利用已知回路實際熱電勢E（t,t0）直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進行修正。
4，參考電極定律這個定律是專業人士才研究、關注的，一般生產、使用環節的人士不太了解，簡單說明就是：用高純度鉑絲做標準電極，假設鎳鉻-鎳硅熱電偶的正負極分別和標準電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳硅的值。

國際溫標：
　　目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標、攝氏溫標、熱力學溫標和國際實用溫標。攝氏溫標（℃）規定：在標準大氣壓下，冰的熔點為0度，水的沸點為100度，中間劃分100等份，每等分為攝氏1度，符號為℃。華氏溫標（℉）規定：在標準大氣壓下，冰的熔點為32度，水的沸點為212度，中間劃分180等份每等份為華氏1度符號為℉。熱力學溫標（符號T）又稱開爾文溫標（符號K），或溫標，它規定分子運動停止時的溫度為零度。國際實用溫標是一個國際協議性溫標，它與熱力學溫標相接近，而且復現精度高，使用方便。目前國際通用的溫標是1975年第15屆國際權度大會通過的《1968年國際實用溫標-1975年修訂版》，記為：IPTS-68（REV-75）。但由于IPTS-68溫度存在一定的不捉，國際計量委員會在18屆國際計量大會第七號決議予1989年會議通過1990年國際ITS-90，ITS-90溫標替代IPS-68。我國自1994年1月1日起全面實施ITS-90國際溫標。

熱電偶的安裝要求:
　　對熱電偶與熱電阻的安裝，應注意有利于測溫準確，安全可考及維修方便，而且不影響設備運行和生產操作.要滿足以上要求，在選擇對熱電偶和熱電阻的安裝部位和插入深度時要注意以下幾點： 　　
1、為了使熱電偶和熱電阻的測量端與被測介質之間有充分的熱交換，應合理選擇測點位置，盡量避免在閥門，彎頭及管道和設備的死角附近裝設熱電偶或熱電阻. 　　
2、帶有保護套管的熱電偶和熱電阻有傳熱和散熱損失，為了減少測量誤差，熱電偶和熱電阻應該有足夠的插入深度： 　　
（1）對于測量管道中心流體溫度的熱電偶，一般都應將其測量端插入到管道中心處（垂直安裝或傾斜安裝）.如被測流體的管道直徑是200毫米，那熱電偶或熱電阻插入深度應選擇100毫米； 　　
（2）對于高溫高壓和高速流體的溫度測量（如主蒸汽溫度），為了減小保護套對流體的阻力和防止保護套在流體作用下發生斷裂，可采取保護管淺插方式或采用熱套式熱電偶.淺插式的熱電偶保護套管，其插入主蒸汽管道的深度應不小于75mm;熱套式熱電偶的標準插入深度為100mm; 　　
（3）假如需要測量是煙道內煙氣的溫度，盡管煙道直徑為4m，熱電偶或熱電阻插入深度1 m即可.
（4）當測量原件插入深度超過1m時，應盡可能垂直安裝，或加裝支撐架和保護套管.

熱電偶的正確使用:
　　正確使用熱電偶不但可以準確得到溫度的數值，保證產品合格，而且還可節省熱電偶的材料消耗，既節省資金又能保證產品質量。安裝不正確，熱導率和時間滯后等誤差，它們是熱電偶在使用中的主要誤差。 　　
1、安裝不當引入的誤差如熱電偶安裝的位置及插入深度不能反映爐膛的真實溫度等，換句話說，熱電偶不應裝在太靠近門和加熱的地方，插入的深度至少應為保護管直徑的8～10倍；熱電偶的保護套管與壁間的間隔未填絕熱物質致使爐內熱溢出或冷空氣侵入，因此熱電偶保護管和爐壁孔之間的空隙應用耐火泥或石棉繩等絕熱物質堵塞以免冷熱空氣對流而影響測溫的準確性；熱電偶冷端太靠近爐體使溫度超過100℃；熱電偶的安裝應盡可能避開強磁場和強電場，所以不應把熱電偶和動力電纜線裝在同一根導管內以免引入干擾造成誤差；熱電偶不能安裝在被測介質很少流動的區域內，當用熱電偶測量管內氣體溫度時，必須使熱電偶逆著流速方向安裝，而且充分與氣體接觸。 　　
2、絕緣變差而引入的誤差如熱電偶絕緣了，保護管和拉線板污垢或鹽渣過多致使熱電偶極間與爐壁間絕緣不良，在高溫下更為嚴重，這不僅會引起熱電勢的損耗而且還會引入干擾，由此引起的誤差有時可達上。 　　
3、熱惰性引入的誤差由于熱電偶的熱惰性使儀表的指示值落后于被測溫度的變化，在進行快速測量時這種影響尤為突出。所以應盡可能采用熱電極較細、保護管直徑較小的熱電偶。測溫環境許可時，甚至可將保護管取去。由于存在測量滯后，用熱電偶檢測出的溫度波動的振幅較爐溫波動的振幅小。測量滯后越大，熱電偶波動的振幅就越小，與實際爐溫的差別也就越大。當用時間常數大的熱電偶測溫或控溫時，儀表顯示的溫度雖然波動很小，但實際爐溫的波動可能很大。為了準確的測量溫度，應當選擇時間常數小的熱電偶。時間常數與傳熱系數成反比，與熱電偶熱端的直徑、材料的密度及比熱成正比，如要減小時間常數，除增加傳熱系數以外，效的辦法是盡量減小熱端的尺寸。使用中，通常采用導熱性能好的材料，管壁薄、內徑小的保護套管。在較精密的溫度測量中，使用無保護套管的裸絲熱電偶，但熱電偶容易損壞，應及時校正及更換。 　　
4、熱阻誤差高溫時，如保護管上有一層煤灰，塵埃附在上面，則熱阻增加，阻礙熱的傳導，這時溫度示值比被測溫度的真值低。因此，應保持熱電偶保護管外部的清潔，以減小誤差。

故障處理案例:
　　熱電偶輸入產生故障判別法 　　按照儀表接線圖進行正確接線通電后，儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號，接著顯示儀表量程范圍，再測儀表下排的數碼管顯示設定溫度，儀表上排數碼管顯示測量溫度。若儀表上排數碼管顯示不是發熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位產生故障，應作如下試驗： 　　

A）把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下，再用任何一根導線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數碼管顯示值約為室溫時，說明熱電偶內部連線開路，應更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要調換儀表。 　　

B）把上述故障儀表的熱電偶拆去，換用旁邊運行正常的同種分度號儀表上接入的熱電偶，通電后，原故障儀表上排數碼管顯示發熱體溫度時，說明熱電偶內部連線開路，更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要更換儀表。 　　

C）把有故障的熱電偶從儀表上拆下來，用萬用表放在測量歐姆（R）*1檔，用萬用表兩表棒去測熱電偶兩端，若萬用表上顯示的電阻值很大，說明熱電偶內部連接開路，更換同類型熱電偶。否則有一定阻值，說明儀表輸入端有問題，應更換儀表。 　　D）按照儀表接線圖接線正確，若儀表通電后，儀表上排數碼管顯示有負值等現象，說明接入儀表的熱電偶“+”與“—”接錯而造成的。只要重新調換一下即可。 　　

E）接線正確儀表在運行時，儀表上排數碼管顯示的溫度與實際測量的溫度相差40ºC~70ºC。甚至相差更大，說明儀表的分度號與熱電偶的分度號搞錯。按熱電偶分度號B、S、K、E等熱電偶的溫度（ºC）與毫伏（MV）值的對應關系來看，同樣溫度（ºC）的情況下，產生的毫伏值（MV）B分度號最小，S分度號次小，K分度號較大，E分度號，按照此原理來判別。

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差不能超過100℃。

常見問題:
　　對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：
1：熱電偶的熱電勢是熱電偶工作端與冷端兩端溫度函數的差，而不是熱電偶冷端與工作端，兩端溫度差的函數； 　　
2 ：熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關， 　　
3：當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。