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熱電偶的類別說明

來源：江蘇明通儀表有限公司 2011年08月22日 09:38

概念：

把兩種不同材質的金屬導體，以電氣連接，使其產生一密閉回路，當兩接點處于不同溫度環境時，回路中就會有電流產生流動。我們稱此現象為席貝克效應。如果一端（冷接點）持續保持在一定的溫度上（通常是0℃），另一端（測量端）置于未知溫度，那么該溫度就可以根據熱起電力值的大小換算出。此兩種成對的金屬導體，我們稱之為熱電偶。

熱電偶的構造：

普通工業用熱電偶通常是由：熱電極、絕緣材料、保護管和補償導線或接線盒等部件組成。其中熱電極的一端焊接在一起起感溫元件的作用，是熱電偶的核心部分。絕緣材料的作用是將兩熱電極隔離開，防止短路現象。保護管的作用是使熱電極和被測介質不直接接觸，避免或減少有害介質的侵蝕，火焰和氣流的沖刷和輻射，以及機械損傷。此外，保護管還起著固定和支持熱電偶感溫元件的作用。補償導線的作用是將熱電偶參考端延伸到遠離熱源和環境溫度較穩定的地方，以便于準確的對參考端溫度進行修正。接線盒的作用是用來固定連接感溫元件與外接導線，它起著保護感溫元件免受外界氣氛侵蝕，并使外接導線與熱電極有良好的接觸作用。

測量時參考端保持在恒定的溫度（一般是0。C）。產生的EMF值可以由動圈式儀表、數字式溫度儀表、自動平衡式顯示器儀表、直流電勢（為）差計等類型的顯示儀表測定。

熱電偶的特性：

工業熱電偶和其他溫度計相比具有如下特性:

1）反應快和時間間隔相對較小。

2）測溫范圍廣，可以在0~2300℃的溫度范圍內使用。

3）可測特定部位或狹小場所的溫度。

4）由于溫度是由EMF值反映的，因此對于溫度的測量、調節、控制、放大、變換都很容易進行。

5）標準化的熱電偶很容易獲得，價格比較低廉。

熱電偶的分類：

（1）按熱電極材料分為；貴金屬熱電偶、廉金屬熱電偶、貴-廉金屬混合式熱電偶、難熔金屬熱電偶、非金屬熱電偶。

（2）按使用溫度范圍來分：高溫熱電偶、中溫熱電偶、低溫熱電偶。

（3）按熱電偶的結構類型分：普通熱電偶、鎧裝熱電偶、薄膜熱電偶、表面熱電偶等各種其他熱電偶。

（4）按熱電偶的用途分：標準熱電偶和非標準化熱電偶。

（5）按工業標準化情況分：標準化熱電偶和非標準化熱電偶。

我國常用的標準化熱電偶有S、R、B、K、N、E、J、T 8種，它們的分度表分度公式及熱電勢對分度表的允差都與標準（IEC）相同。鎢錸熱電偶采用美國試驗與材料協會（ASTM）的標準。

實際應用中應注意的問題

由于熱電偶的種類很多，所以為實際應用選擇合適的熱電偶是非常重要的。還有，在保護管的選擇、結構和安裝方式、腐蝕和振動等方面也應多加考慮。

常用標準化熱電偶：

1）S型熱電偶（Pt• 10％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）

S型熱電偶于1886年由Le Chaier發明，具有很長的歷史。它可作為一、二等標準熱電偶在由使用溫度范圍（IPTS）定義的定點銻630.74℃和金1064.43℃溫區內進行溫度量值傳遞之間的。實際應用范圍和R型熱電偶相似。

2）R型熱電偶（Pt• 13％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）

R型熱電偶可以長期持續應用于1400℃以下的氧化性和惰性氣體中，短時間應用可以到1600℃。但是，如果沒有用陶瓷管或其他保護管保護，它不能應用于真空和金屬蒸汽中。

3）B型熱電偶（Pt• 30％Rh/ Pt• 6％Rh）（0℃~1700℃）

和其他白金熱電偶相比，B型熱電偶由于含有更多的金屬銠所以具有很好的熔點和很強的機械強度。它可以持續應用在1600℃以下的氧化性和中性氣體中，即使是在真空中也比其他白金熱電偶使用時間長。它特別應用于高溫下長時間的測量。

4）K型熱電偶（Chromel/Alumel）（-200℃~1250℃）

K型熱電偶于1906年由美國Hoskins公司的Mr.A.L.Marsh發明。而后經多次改進。因為它的特性，該型號是目前應用zui多zui廣的熱電偶。可以在1260℃以下的氧化性和惰性氣體中使用。

當露點溫度在-42℃以下時，K型熱電偶可以用于氫氣和裂化氨氣中。但是要有特殊保護它才能應用于還原型、選擇性氧化和還原型、含硫或綠蝕性氣氛中。

通過使用直徑大的保護管或通風的保護管增加氧分壓，從而可以使綠蝕現象減輕。

5）E型熱電偶（Chromel/Constantan）（-200℃~900℃）

E型熱電偶在工業熱電偶中有zui高的EMF性征。該型熱電偶于1964年被ANSI采用，于1974年被JIS采用。它滿足了迅速增長的需求量并廣泛應用在廣大的領域甚至是熱核反應上。它可以在750℃以下的溫度環境中持續使用。實際應用時，需要有和K型熱電偶相似的注意點。由于E型熱電偶在普通金屬熱電偶中有zui高的熱阻系數所以與該型熱電偶配套使用的顯示裝置也要仔細選擇。

6）J型熱電偶（Iron/Constantan）（0℃~750℃）

J型熱電偶的EMF值僅次于E型熱電偶。主要用于750℃以下的還原性、惰性、氧化性、真空等環境中。由于該型熱電偶的價格相對較便宜，所以應用廣泛。但是，它不能用于538℃以上的含硫氣氛中。因為在該種環境下，正極的鐵會被腐蝕。所以低溫范圍內的測量J型熱電偶使用比K型要少。

7）T型熱電偶（Copper/Constantan）（-200℃~350℃）

T型熱電偶具有良好的抗潮濕性適合用于400℃以下的真空、氧化性、還原性或者惰性氣體中。因為它具有穩定精密的EMF性征，故廣泛應用在實驗室中。

8）N型熱電偶（Nicrosil/Nisil）（0℃~1300℃）

這種新型的84Ni-14.2Cr-1.4Si和95.5Ni-4.4Si-0.1Mg的結合物zui初是由澳大利亞*材料研究實驗室研制的。此后，NBS、ASTM和其他的研究機構都對該型熱電偶進行了改進。在600-1250℃的高溫環境下，N型熱電偶顯示出比K型熱電偶更優良的穩定性和更高的抗氧化性。由于調整了鉻的含量并又加入了硅和鎂，它在“短程有序化”的區域內具有更小的e.m.f變化并有抗“綠蝕”性。與K型熱電偶相比，1000℃以上的熱電勢率只有它的1/2甚至是1/3，所以，N型熱電偶適用在1000-1200℃的氧化性氣氛中。

標準熱電偶的阻抗

執行標準：JIS C1602-1981

單位：?/m

		B	R	S	K	E	J	T	N
		-----	PR	------	CA	CRC	IC	CC	------
28	0.32	------	------	------	------	------	------	6.17	16.43
24	0.50	1.75	1.47	1.43	------	------	------	------	6.50
22	0.65	------	------	------	2.95	3.56	1.70	1.50	4.08
18	1.00	------	------	------	1.25	1.50	0.72	0.63	1.62
14	1.60	------	------	------	0.49	0.59	0.28	0.25	0.64
11	2.30	------	------	------	0.24	0.28	0.14	------	0.32
8	3.20	------	------	------	0.12	0.15	0.07	------	0.13

注：上表中數值為0℃時正負極之間的阻抗

短期使用和長期使用溫度界限

熱電偶規格：

材質符號	正負極	主要材質	素線徑（mm）	電阻	一般操作溫度	zui大操作溫度
W5	+ -	鎢·錸5％鎢·錸26％	0.25 0.50	9.96 2.49	2000	2300
W3	+ -	鎢·錸3％鎢·錸25％	0.25 0.50	8.23 2.05	2000	2300
B	+ -	白金·銠30％白金·銠6％	0.50	1.75	1500	1700
R	+ -	白金·銠13％白金	0.50	1.47	1400	1600
S	+ -	白金·銠10％白金	0.50	1.43	1400	1600
K	+ -	鎳鉻合金鎳硅合金	0.65 1.00 1.60 2.30 3.20	2.95 1.25 0.49 0.24 0.12	650 750 850 900 1000	850 950 1050 1100 1200
E	+ -	鎳鉻合金銅鎳合金	0.65 1.00 1.60 2.30 3.20	3.56 1.50 0.59 0.28 0.15	450 500 550 600 700	550 550 650 750 800
J	+ -	鐵銅鎳合金	0.65 1.00 1.60 2.30 3.20	1.70 0.72 0.28 0.14 0.07	400 450 500 550 600	500 550 650 750 750
T	+ -	銅銅鎳合金	0.32 0.65 1.00 1.60	6.17 1.50 0.63 0.25	200 200 250 300	250 300 300 350

熱電偶讀數精度等級執行標準：JIS C1602-1981

IEC-Pub584-2

型號	對應的日本舊型號	溫度范圍	等級	精度
B	-------	600℃-1700℃	0.5	±4℃或者±0.5％t
R	PR13	0℃-1600℃	0.25	±1.5℃或者±0.25％t
S	-------	0℃-1600℃	0.25	±1.5℃或者±0.25％t
K	CA	0℃-1000℃	0.4	±1.5℃或者±0.4％t
		0℃-1200℃	0.75	±2.5℃或者±0.75％t
		-200℃-0℃	1.5	±2.5℃或者±1.5％t
E	CRC	0℃-800℃	0.4	±1.5℃或者±0.4％t
		0℃-800℃	0.75	±2.5℃或者±0.75％t
		-200℃-0℃	1.5	±2.5℃或者±1.5％t
J	IC	0℃-750℃	0.4	±1.5℃或者±0.4％t
J	IC	0℃-750℃	0.75	±2.5℃或者±0.75％t
T	CC	0℃-350℃	0.4	±0.5℃或者±0.4％t
		0℃-350℃	0.75	±1.0℃或者±0.75％t
		-200℃-0℃	1.5	±1.0℃或者±0.75％t
N	-------	0℃-1250℃	0.75	±2.5℃或者±0.75％t

熱電偶正負極材質

型號	舊的日本型號	正負極材質
型號	舊的日本型號	正極	負極
B	-----	70％白金*30％銠	94％白金*6％銠
R	PR	87％白金*13％銠	100％白金
S	-----	90％白金*10％銠	100％白金
K	CA	鎳鉻合金（90％鎳*10％鉻）	鎳硅合金（95％鎳2％錳2％鋁）
E	CRC	鎳鉻合金（90％鎳*10％鉻）	銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
J	IC	99.5％鐵	銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
T	CC	100％銅	銅鎳合金（55％銅*45％鎳）
N	-----	鎳鉻硅鑄鐵（84％鎳14.2％鉻1.45％硅）	鎳硅（95％鎳4.4％硅0.15鎂）

注：1）由于正極銠的含量不同，舊型號PR和新型號R并不是*統一。

2）K型和E型所用的鎳鉻合金和鎳硅合金是美國Hoskins Mfg公司的注冊商標產品。

熱電偶的檢測：

1）外觀和結構檢測：主要檢查影響熱電偶性能和使用壽命的外觀缺陷。如接點、焊點、商標等。

2）尺寸檢測：除非特別，所有的尺寸檢測都要依下表進行。

非鎧裝型

鎧裝型

標稱長度	精度
1000mm以下	±3.0mm
1000-2000mm	±5.0mm
2000mm以上	±7.0mm

標稱長度	精度
250mm以下	±3.0mm
250-1000mm	±5.0mm
1000mm以上	±1.0％mm

標稱外徑（mm）	外徑（mm）		鎧裝厚度（mm）		素線徑（mm）
標稱外徑（mm）	精度	標準	標準	精度	標準	精度
0.5	±0.05	0.05	0.09	±0.01	0.09	±0.01
1.0		1.00	0.15	±0.01	0.18	±0.01
1.6		1.60	0.23	±0.01	0.28	±0.02
2.2		2.20	0.33	±0.02	0.40	±0.03
3.2		3.18	0.48	±0.03	0.58	±0.03
4.8		4.78	0.71	±0.03	0.84	±0.05
6.4		6.35	0.94	±0.04	1.12	±0.05
8.0		7.95	1.17	±0.05	1.37	±0.05

3）光電阻抗檢測：執行標準：JIS C1602-1981

單位：?/m

		B	R	S	K	E	J	T	N
		-----	PR	------	CA	CRC	IC	CC	------
28	0.32	------	------	------	------	------	------	6.17	16.43
24	0.50	1.75	1.47	1.43	------	------	------	------	6.50
22	0.65	------	------	------	2.95	3.56	1.70	1.50	4.08
18	1.00	------	------	------	1.25	1.50	0.72	0.63	1.62
14	1.60	------	------	------	0.49	0.59	0.28	0.25	0.64
11	2.30	------	------	------	0.24	0.28	0.14	------	0.32
8	3.20	------	------	------	0.12	0.15	0.07	------	0.13

注：上表中為0℃時正負極之間的阻抗

4）標準：

國家	標準	K	E	J	T	N
日本	JIS	C1602;C1605	C1602;C1605	C1602;C1605	C1602;C1605	----
美國	ANSI	MC96.1	MC96.1	MC96.1	MC96.1	NIST Monograph 161
美國	ASTM	E230	E230	E230	E230	----
英國	BS	4937-4	4937-6	4937-3	4937-5	----
德國	DIN	43710	----	43710	43710	----
法國	NF	E18-001	----	E18-001	E18-001	----
校準溫度（℃）		315,482,677	315,482,677	315,482,677	315,482,677	315,482,677

5）EMF校準測試：

EMF值校準測試使用比較法和定點測量法。鎧裝熱電偶的EMF測試是在整百溫度點上進行的。-50℃-1000℃范圍內的比較法和純金屬（銀，銅，鋁，鋇，鋅等）定點法都在廣泛使用。

金屬	凝固點（℃）ITS-90	精度（℃）
銦（In）	156.5985	*
錫（Sn）	231.928	±0.01
鎘（Cd）	321.069	*
鋅（Zn）	419.527	±0.001
銻（Sb）	630.63	*
鋁（Al）	660.323	±0.2
銀（Ag）	961.78	*
銅（Cu）	1084.62	±0.5

注：根據使用金屬的純度不同，精度也會有一些不同。

1）絕緣阻抗測試：

熱電極和鎧裝管之間的絕緣阻抗是在室溫下，使用DC 250V 或者500V兆歐計測量。

熱電偶類型	電壓	絕緣阻抗
非鎧裝型	DC 500V	大于5 MΩ
外徑2.0mm以下鎧裝型	DC 100V	大于5 MΩ
外徑2.0mm以上鎧裝型	DC 500V	大于5 MΩ

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