第2講++熱電偶測溫原理及熱電極材料

1、l熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，目前約有目前約有5050的工程溫度的工程溫度控制工作是用控制工作是用熱電熱電偶偶來完成的。來完成的。l特別是在特別是在鋼鐵、有色金屬、火力發(fā)電站、航鋼鐵、有色金屬、火力發(fā)電站、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、原子能反應(yīng)堆、石油精煉、化工、空發(fā)動(dòng)機(jī)、原子能反應(yīng)堆、石油精煉、化工、機(jī)械熱處理機(jī)械熱處理等高溫領(lǐng)域中，熱電偶是最主要等高溫領(lǐng)域中，熱電偶是最主要的測溫手段。的測溫手段。講課內(nèi)容講課內(nèi)容l1、什么是熱電偶？、什么是熱電偶？l2、熱電偶基本原理、熱電偶基本原理l3、熱電偶回路性質(zhì)、熱電偶回路性質(zhì)l4、熱電極材料、熱電極材料l5、標(biāo)

2、準(zhǔn)熱電偶與非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶1、熱電偶是什么東西？、熱電偶是什么東西？l兩個(gè)問題：兩個(gè)問題：l1）熱電偶是什么東西？）熱電偶是什么東西？l2）熱電偶是如何起源的？）熱電偶是如何起源的？第一個(gè)故事：第一個(gè)故事：珀?duì)柼隊(duì)柼鹟1834年，法國鐘表匠年，法國鐘表匠珀?duì)柼隊(duì)柼麑煞N電子數(shù)密度不將兩種電子數(shù)密度不同的金屬材料連接在一起，發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：同的金屬材料連接在一起，發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：珀?duì)柼麑?shí)驗(yàn)珀?duì)柼麑?shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度不相同時(shí)，回路中將產(chǎn)生電動(dòng)勢。 熱電極熱電極A A自由端自由端（參考（參考端、冷端、冷端）端） 測量端測量端（

3、工作（工作端、熱端、熱端）端） 熱電極熱電極B B熱電勢熱電勢AB接觸電勢接觸電勢(珀?duì)柼妱葭隊(duì)柼妱?l珀?duì)柼妱?dòng)勢的數(shù)量級(jí)在珀?duì)柼妱?dòng)勢的數(shù)量級(jí)在101103V之間，之間，其數(shù)值大小除與金屬材料有關(guān)外，還與其數(shù)值大小除與金屬材料有關(guān)外，還與溫溫度度有關(guān)，表示為：有關(guān)，表示為：l珀?duì)柼?yīng)不是一種接觸現(xiàn)象，與接點(diǎn)的珀?duì)柼?yīng)不是一種接觸現(xiàn)象，與接點(diǎn)的接觸情況毫無關(guān)系，只是由接觸情況毫無關(guān)系，只是由材料的固有性材料的固有性質(zhì)質(zhì)決定的。決定的。( )=lnATABBTNkTETeN接觸電勢接觸電勢 l假設(shè)假設(shè)NANB，則由于電子數(shù)密度梯度的存在而發(fā)，則由于電子數(shù)密度梯度的存在而發(fā)生擴(kuò)散現(xiàn)象：由

4、生擴(kuò)散現(xiàn)象：由A向向B擴(kuò)散擴(kuò)散,A失去電子帶正電失去電子帶正電,B得得到電子帶負(fù)電到電子帶負(fù)電,從而在接觸面之間形成電場從而在接觸面之間形成電場E 。回路中的接觸電勢回路中的接觸電勢212121(,)=lnln() lnAAABBBABkTNkTNET TeNeNNkTTeN第二個(gè)故事：第二個(gè)故事：湯姆遜效應(yīng)湯姆遜效應(yīng)l1854年，年，湯姆遜湯姆遜發(fā)現(xiàn)，同一種金屬如存在溫發(fā)現(xiàn)，同一種金屬如存在溫度梯度，如度梯度，如1處溫度處溫度T0,2處溫度處溫度T0T，則，則溫度高端自由電子動(dòng)能大溫度高端自由電子動(dòng)能大,會(huì)向溫度低端移動(dòng)，會(huì)向溫度低端移動(dòng)，產(chǎn)生電動(dòng)勢產(chǎn)生電動(dòng)勢,稱為稱為湯姆遜電勢（開爾文）湯

5、姆遜電勢（開爾文），其，其值的大小為兩端溫度的函數(shù)：值的大小為兩端溫度的函數(shù)：0dTTT第三個(gè)：第三個(gè)：塞貝克效應(yīng)塞貝克效應(yīng) seebackl材料和溫度都不同。材料和溫度都不同。l1821年，德國醫(yī)生年，德國醫(yī)生塞貝克塞貝克將兩種不同材料的導(dǎo)體或半將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B連接起來，構(gòu)成連接起來，構(gòu)成一個(gè)閉合回路（如右圖所一個(gè)閉合回路（如右圖所示），當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，示），當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中將有電流流動(dòng)，此電回路中將有電流流動(dòng)，此電流稱為熱電流。流稱為熱電流。l由于回路中的電流太小，當(dāng)由于回路中的電流太小，當(dāng)時(shí)塞貝克無法檢知。時(shí)塞貝克無法檢知。 塞貝克電動(dòng)勢塞貝克電動(dòng)勢

6、l塞貝克電動(dòng)勢塞貝克電動(dòng)勢l塞貝克系數(shù)塞貝克系數(shù)SAB2121(,)dTABABTET TST21211212( , )( , )( )( , )( )ABBABAABE T TE T TE TE T TE T21TTABNN對于金屬熱電極來說，因?qū)τ诮饘贌犭姌O來說，因自自由電子濃度很高由電子濃度很高，兩端溫差，兩端溫差不會(huì)明顯改變兩端電子濃度不會(huì)明顯改變兩端電子濃度差異，因此可以差異，因此可以忽略單一導(dǎo)忽略單一導(dǎo)體的溫差電勢體的溫差電勢 。212121( , )( )( )()lnABABABABE T TE TE TNKT TeN已知條件已知條件ABlEAB(T2,T1)熱電偶的電動(dòng)勢；熱

7、電偶的電動(dòng)勢；lEAB (T2)溫度為溫度為T2端的電動(dòng)勢（端的電動(dòng)勢（工作端，感溫工作端，感溫端端）；）；lEAB (T1)溫度為溫度為T1端的電動(dòng)勢（端的電動(dòng)勢（連接儀表端，連接儀表端，參比端，冷端參比端，冷端），），l將熱電偶的將熱電偶的一個(gè)接點(diǎn)保持在一個(gè)恒定不變一個(gè)接點(diǎn)保持在一個(gè)恒定不變的溫的溫度度T1，則熱電偶的電動(dòng)勢僅隨另一個(gè)接點(diǎn)的溫，則熱電偶的電動(dòng)勢僅隨另一個(gè)接點(diǎn)的溫度度T2的變化而變化，也就是說，此時(shí)熱電偶的的變化而變化，也就是說，此時(shí)熱電偶的電動(dòng)勢是溫度電動(dòng)勢是溫度T的單值函數(shù)。的單值函數(shù)。212121(,)()( )()lnABABABABET TETETNKTTeN2、熱

8、電偶基本原理、熱電偶基本原理l熱電偶定義：熱電偶定義：由兩種不同材料的導(dǎo)體或半由兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接起來，用來測量溫度的元件，稱導(dǎo)體連接起來，用來測量溫度的元件，稱為熱電偶。這兩種導(dǎo)體稱為熱電極。為熱電偶。這兩種導(dǎo)體稱為熱電極。l熱電偶測溫方法：熱電偶測溫方法：l（1） 1823年，物理學(xué)家貝克勒爾年，物理學(xué)家貝克勒爾0300 Fe-Cu回路回路l（2） 列列卡特列爾使熱電偶成為一種真正適用的卡特列爾使熱電偶成為一種真正適用的高溫計(jì)，高溫計(jì)， 500度左右的高溫時(shí)采用度左右的高溫時(shí)采用PtRh10-Pt（鉑（鉑銠鉑）熱電回路。銠鉑）熱電回路。貴金屬貴金屬注意事項(xiàng)注意事項(xiàng):（1）熱電偶

9、熱電偶并不是測量接點(diǎn)的溫度并不是測量接點(diǎn)的溫度T2，而是，而是測量測量的溫度差的溫度差T2- T1。（2）熱電偶回路）熱電偶回路熱電動(dòng)勢的大小只與組成熱電偶熱電動(dòng)勢的大小只與組成熱電偶的材料及兩端的溫度有關(guān)的材料及兩端的溫度有關(guān)，而與熱電偶絲（偶絲），而與熱電偶絲（偶絲）的幾何形狀（長短粗細(xì)）無關(guān)。的幾何形狀（長短粗細(xì)）無關(guān)。（3）材料不同或接觸點(diǎn)溫度不同才有熱電動(dòng)勢。）材料不同或接觸點(diǎn)溫度不同才有熱電動(dòng)勢。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：(4）接觸電勢與溫差電勢相比要大得多。接觸電勢與溫差電勢相比要大得多。因而因而熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢大小確熱電偶回路的總熱電動(dòng)勢由接觸電動(dòng)勢大小確定。定。(

10、5）熱電偶的極性由金屬材料的電子數(shù)密度大）熱電偶的極性由金屬材料的電子數(shù)密度大小確定，小確定，電子數(shù)密度大的金屬導(dǎo)體為正極電子數(shù)密度大的金屬導(dǎo)體為正極。(6）當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電極材料已知時(shí)，在實(shí)）當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電極材料已知時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室中精確測定驗(yàn)室中精確測定熱電偶的熱電偶的E-T特性程度為分度特性程度為分度。 3、熱電偶回路基本性質(zhì)、熱電偶回路基本性質(zhì)l3.1 均質(zhì)回路定律均質(zhì)回路定律l3.2 中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律l3.3 中間溫度定律中間溫度定律有了基本原有了基本原理后如何運(yùn)理后如何運(yùn)用？用？3.1 均質(zhì)回路定律均質(zhì)回路定律l均質(zhì)回路定律均質(zhì)回路定律:由一種由一種均質(zhì)材料均質(zhì)材料組成的

11、閉合組成的閉合回路，不論材料長度方向各處溫度如何分回路，不論材料長度方向各處溫度如何分布（布（依靠局部加熱或冷卻或改變其橫截面依靠局部加熱或冷卻或改變其橫截面積積），回路中均不產(chǎn)生熱電勢。），回路中均不產(chǎn)生熱電勢。212121(,)()( )()lnABABABABET TETETNKTTeN均質(zhì)回路定律作用：均質(zhì)回路定律作用：l作用作用：檢驗(yàn)材料的均勻性。檢驗(yàn)材料的均勻性。（1）加熱雜質(zhì)段與均質(zhì)段的交接處，則回）加熱雜質(zhì)段與均質(zhì)段的交接處，則回路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。路中會(huì)產(chǎn)生熱電動(dòng)勢。（2）熱電偶急冷急熱，熱電極材料晶粒粗熱電偶急冷急熱，熱電極材料晶粒粗大，產(chǎn)生不均勻性大，產(chǎn)生不均勻性。組成熱

12、電偶的兩種材。組成熱電偶的兩種材料必須各自都是均質(zhì)的料必須各自都是均質(zhì)的,否則會(huì)由于沿?zé)犭姺駝t會(huì)由于沿?zé)犭娕奸L度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，偶長度方向存在溫度梯度而產(chǎn)生附加電勢，從而因熱電偶材料不均引入誤差。從而因熱電偶材料不均引入誤差。3.2 中間導(dǎo)體定律：中間導(dǎo)體定律：測溫測溫l在熱電偶回路中插入第三種（或多種）均質(zhì)材在熱電偶回路中插入第三種（或多種）均質(zhì)材料，料，只要所插入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同只要所插入的材料兩端連接點(diǎn)溫度相同，則所插入的第三種材料不影響原回路的熱電勢，則所插入的第三種材料不影響原回路的熱電勢，即即熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢保持不變熱電偶產(chǎn)生的電動(dòng)勢保持不變。000000

13、0( , )( )( , )( )( , )( )( , )ABCABBBCCCAAET TETE T TETE T TE TE T TABCNNN00000000000()()()()lnlnln0ABCABBCCAATBTCTBTCTATETETETETNNNkTeNNN000()()()BCCAABETETET 00( ,)( ,)ABCABET TET T假設(shè)假設(shè)T=T00000( , )( )( , )( )( , )ABCABBABAET TETE T TETE T T中間導(dǎo)體定律作用：中間導(dǎo)體定律作用：拉線拉線（1）在熱電偶回路中）在熱電偶回路中可拉入測量熱電勢的可拉入測量熱電勢

14、的儀表和導(dǎo)線儀表和導(dǎo)線，只要保持兩端接點(diǎn)的溫度相，只要保持兩端接點(diǎn)的溫度相同，不影響回路測量結(jié)果。同，不影響回路測量結(jié)果。（2）熱電偶的接點(diǎn)不僅可經(jīng)焊接而成，也）熱電偶的接點(diǎn)不僅可經(jīng)焊接而成，也可以借用可以借用均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接均質(zhì)等溫的導(dǎo)體加以連接。(對于對于不易焊接的兩極不易焊接的兩極)3.3 中間溫度定律：中間溫度定律：補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線 l中間溫度定律中間溫度定律:兩種不同材料組成的熱電偶回兩種不同材料組成的熱電偶回路，其接點(diǎn)溫度分別為路，其接點(diǎn)溫度分別為T0和和T2時(shí)的熱電勢時(shí)的熱電勢EAB(T0,T2)等于等于“兩個(gè)兩個(gè)”熱電偶在連接點(diǎn)溫?zé)犭娕荚谶B接點(diǎn)溫度為度為(T0,T1)和和

15、(T1,T2)時(shí)相應(yīng)的熱電勢時(shí)相應(yīng)的熱電勢EAB(T0,T1)和和EAB(T1,T2)的代數(shù)和，其中的代數(shù)和，其中T1為為中間溫度。中間溫度。假設(shè)假設(shè)A和和A不是不是一種材料！一種材料！T0為被測溫度，為被測溫度，T大于大于T1,T1大于大于T2！中間溫度定律中間溫度定律中間溫度定律的應(yīng)用中間溫度定律的應(yīng)用:l補(bǔ)償導(dǎo)線使用成為可能，避免貴金屬補(bǔ)償導(dǎo)線使用成為可能，避免貴金屬大量使用。大量使用。l當(dāng)熱電偶當(dāng)熱電偶冷端冷端（參比端）溫度（參比端）溫度T1不為不為0時(shí)，且時(shí)，且T1已知，仍可以采用已知，仍可以采用熱電熱電偶分度表偶分度表求得被測溫度求得被測溫度T2值。值。l例例1例例1：l冷端溫度為

16、冷端溫度為20，熱電偶為，熱電偶為鉑銠鉑鉑銠鉑，毫毫伏表伏表測得的電動(dòng)勢為測得的電動(dòng)勢為0.3毫伏，求被測物體毫伏，求被測物體的溫度。的溫度。l已知條件：已知條件：E1=0.3毫伏，毫伏，T1=20,T2=0，求求T0=?l解：查表，解：查表，E2=0.113毫伏，則毫伏，則E=E1E2=0.413毫伏毫伏。查表。查表T0=67。l前提條件：前提條件：冷端溫度用其他辦法測出來。冷端溫度用其他辦法測出來。l例例2：鎳鉻鎳硅熱電偶鎳鉻鎳硅熱電偶，AB為為補(bǔ)償導(dǎo)線補(bǔ)償導(dǎo)線，Cu為銅導(dǎo)線，已知接線盒為銅導(dǎo)線，已知接線盒1的溫度的溫度t1=40, t2=0 ，t3=20 。當(dāng)。當(dāng)Ux39.314mV時(shí)，

17、計(jì)算被測時(shí)，計(jì)算被測點(diǎn)溫度點(diǎn)溫度tx。如果。如果AB換成銅導(dǎo)線，此時(shí)換成銅導(dǎo)線，此時(shí)Ux37.701mV，求，求tx 。txAB說明：說明：補(bǔ)償導(dǎo)線在溫度較補(bǔ)償導(dǎo)線在溫度較低時(shí)（低時(shí)（100度）其電子數(shù)度）其電子數(shù)目與偶絲一樣！目與偶絲一樣！1111ABAB39.314mV=( , )( ,0)=( , )( ,0)( ,0)( ,0)39.314mVT=950ABA BABA BABABET tEtEEET tEtETETC 根據(jù)中間溫度定律由于低溫條件下上式可以寫為： 查表得到：AB1ABAB1AB1AB1ABABA B37.701mV=( , )( ,0)( , )( ,0)( ,0)(

18、40,0) 1.612mV( ,0)1.612+37.701=39.313mVT=950ET tETET tEtEtECETC 均為銅導(dǎo)線，其回路不產(chǎn)生熱電勢根據(jù)中間溫度定律查表查表得到：說明：說明：采用不同采用不同導(dǎo)線測同一溫度，導(dǎo)線測同一溫度，熱電勢不相等。熱電勢不相等。4、熱電極材料、熱電極材料基本要求基本要求l理論上任何兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）材料都可理論上任何兩種導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）材料都可以組配成熱電偶以組配成熱電偶，但是要制成使用的測溫元，但是要制成使用的測溫元件，熱電極材料必須具有一定的要求：件，熱電極材料必須具有一定的要求：l（1）熱電極材料之間的熱電動(dòng)勢應(yīng)足夠大熱電極材料之間的熱電

19、動(dòng)勢應(yīng)足夠大，并且隨溫度呈單值函數(shù)變化。并且隨溫度呈單值函數(shù)變化。l（2）熱電極材料的熔點(diǎn)應(yīng)足夠高熱電極材料的熔點(diǎn)應(yīng)足夠高，以便配，以便配成的熱電偶能在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。熱成的熱電偶能在較寬的溫度范圍內(nèi)工作。熱電偶最高使用溫度比熱電極材料的熔點(diǎn)低電偶最高使用溫度比熱電極材料的熔點(diǎn)低50150。l（3）熱電極材料應(yīng)具有）熱電極材料應(yīng)具有良好的高溫抗氧化良好的高溫抗氧化性和抗環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性性和抗環(huán)境介質(zhì)的腐蝕性。l（4）熱電極材料的）熱電極材料的熱電特性熱電特性在使用過程中在使用過程中或分度時(shí)應(yīng)或分度時(shí)應(yīng)穩(wěn)定不變穩(wěn)定不變。l（5）熱電極材料應(yīng)具有）熱電極材料應(yīng)具有良好的塑性和足夠良好的塑性和

20、足夠高的機(jī)械強(qiáng)度高的機(jī)械強(qiáng)度，以利于加工成絲材。，以利于加工成絲材。熱電極材料熱電極材料基本要求基本要求熱電極材料特殊要求熱電極材料特殊要求 第一種方法：第一種方法：互相搭配互相搭配 按材料的絕對熱電動(dòng)勢特性選配按材料的絕對熱電動(dòng)勢特性選配I:導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B的塞貝克系數(shù)的塞貝克系數(shù)SAB與導(dǎo)體與導(dǎo)體A和和B自身的絕對熱電自身的絕對熱電動(dòng)勢動(dòng)勢SA、SB之間存在如下的之間存在如下的關(guān)系：關(guān)系： SABSASB，因此配，因此配對材料應(yīng)選擇具有對材料應(yīng)選擇具有相反符號(hào)相反符號(hào)的，量值大的，量值大的的SA和和SB。II:導(dǎo)體導(dǎo)體A和和B的絕對熱電動(dòng)勢的絕對熱電動(dòng)勢率隨溫度變化的率隨溫度變化的曲線斜率

21、要曲線斜率要求相等求相等 。線性！。線性！第二種方法：第二種方法：與參照物搭配與參照物搭配 按參比電極定律選配按參比電極定律選配 l參比電極定律參比電極定律：若導(dǎo)體：若導(dǎo)體A和和B分別與某個(gè)參分別與某個(gè)參比熱電極比熱電極C組成熱電偶，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度都在組成熱電偶，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度都在T0和和T時(shí)，則所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為時(shí)，則所產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢為EAC和和EBC。EAB（T0，T）EAC（T0，T）EBC（T0，T）按參比電極定律選配按參比電極定律選配 l當(dāng)用導(dǎo)體當(dāng)用導(dǎo)體A和和B直接配對熱電偶，其兩接點(diǎn)直接配對熱電偶，其兩接點(diǎn)的溫度也在同樣的溫度的溫度也在同樣的溫度T0和和T時(shí)，所產(chǎn)生的時(shí)，所產(chǎn)生的熱電動(dòng)

22、勢熱電動(dòng)勢EAB為上述兩種熱電偶的熱電動(dòng)勢為上述兩種熱電偶的熱電動(dòng)勢之差。之差。EAB（T0，T）EAC（T0，T）EBC（T0，T）參比電極定律的作用參比電極定律的作用l參比電極的使用簡化了熱電極的選配工作。參比電極的使用簡化了熱電極的選配工作。l只要獲得有關(guān)熱電極與只要獲得有關(guān)熱電極與標(biāo)準(zhǔn)電極（鉑電極）標(biāo)準(zhǔn)電極（鉑電極）配對的熱電勢配對的熱電勢，那么任何兩種熱電極配對，那么任何兩種熱電極配對時(shí)的熱電勢便可以通過公式求得，而時(shí)的熱電勢便可以通過公式求得，而不需不需重新進(jìn)行測定重新進(jìn)行測定。l標(biāo)準(zhǔn)電極標(biāo)準(zhǔn)電極：純度非常高的鉑作為參比電極，：純度非常高的鉑作為參比電極，Pt-67。l世界上僅南非

23、和俄羅斯出產(chǎn)。世界上僅南非和俄羅斯出產(chǎn)。l 鉑金的抗氧化能力強(qiáng)，熔點(diǎn)高；良好的催化劑，被鉑金的抗氧化能力強(qiáng)，熔點(diǎn)高；良好的催化劑，被廣泛用于汽車尾氣排放裝置；任何人的皮膚對鉑金都不會(huì)廣泛用于汽車尾氣排放裝置；任何人的皮膚對鉑金都不會(huì)有過敏現(xiàn)象，可做成電極用于電子脈沖調(diào)節(jié)器；可用于制有過敏現(xiàn)象，可做成電極用于電子脈沖調(diào)節(jié)器；可用于制造潛水深度達(dá)造潛水深度達(dá)200米的深水手表。米的深水手表。lPt900代表純鉑含量高達(dá)代表純鉑含量高達(dá)90的鉑金首飾。的鉑金首飾。lPt-27是是27號(hào)熔鉑爐煉出的鉑材料，到了號(hào)熔鉑爐煉出的鉑材料，到了60年年代材料用竭。代材料用竭。lPt-67年代名，其純度年代名，

24、其純度99.999% 。 鉑金常識(shí)鉑金常識(shí)5、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l標(biāo)準(zhǔn)熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。儀表可供選用。 l非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量。度表，主要用于某些特殊場合的測量。5.1 熱電偶的國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的國際標(biāo)準(zhǔn)l國際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同

25、的分度，國際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度，分別為分別為B，R，S，K，N，E，J和和T，其測，其測量溫度的最低可測零下量溫度的最低可測零下270攝氏度，最高可攝氏度，最高可達(dá)達(dá)1800攝氏度。攝氏度。l其中其中B，R，S屬于鉑系列的熱電偶，由于屬于鉑系列的熱電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金貴金屬熱電偶屬熱電偶，而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬，而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶。l寫法：寫法：BP/BN貴金屬熱電偶貴金屬熱電偶l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高溫下使用；高溫下使用；物理性能穩(wěn)定；物理性能穩(wěn)定；測量精度高；測量精度高；便于復(fù)制；便于復(fù)制；熔點(diǎn)高。熔點(diǎn)高

26、。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：材料成本高；材料成本高；靈敏度低（熱電勢靈敏度低（熱電勢低！）。低！）。還原性氣氛、侵蝕性還原性氣氛、侵蝕性氣氛、金屬蒸汽易斷氣氛、金屬蒸汽易斷絲。絲。S:鉑鉑銠銠10-鉑鉑R:鉑鉑銠銠13-鉑鉑B:鉑鉑銠銠30-鉑銠鉑銠6http:/ 1890年年l優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：性質(zhì)穩(wěn)定，精度高，抗氧化能力性質(zhì)穩(wěn)定，精度高，抗氧化能力強(qiáng)，在空氣或真空環(huán)境中，強(qiáng)，在空氣或真空環(huán)境中，S型熱電偶能型熱電偶能在在1400下連續(xù)使用下連續(xù)使用；在；在1750下可以下可以使用它進(jìn)行短時(shí)間的測量。使用它進(jìn)行短時(shí)間的測量。長期工作溫長期工作溫度度1300 。800度以上度以上l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 熱電特性非線性嚴(yán)

27、重?zé)犭娞匦苑蔷€性嚴(yán)重 高溫下易升華與再結(jié)晶。高溫下易升華與再結(jié)晶。（3）B型：鉑銠型：鉑銠30-鉑銠鉑銠6系列系列 1953年年l測量高溫的比較理想的熱電偶，可連續(xù)用于測量高溫的比較理想的熱電偶，可連續(xù)用于01800溫區(qū)，能在溫區(qū)，能在氧化性或惰性氣氛氧化性或惰性氣氛中使用。中使用。l優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）不會(huì)出現(xiàn)銠擴(kuò)散；（不會(huì)出現(xiàn)銠擴(kuò)散；（2）不易發(fā)生大）不易發(fā)生大結(jié)晶化的現(xiàn)象；（結(jié)晶化的現(xiàn)象；（3）機(jī)械性能好，長期使用后熱）機(jī)械性能好，長期使用后熱電動(dòng)勢下降的趨勢也不明顯。電動(dòng)勢下降的趨勢也不明顯。l缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：熱電動(dòng)勢和靈敏度不如熱電動(dòng)勢和靈敏度不如S型和型和R型熱電偶型熱電偶（尤其在低溫范圍

28、），（尤其在低溫范圍），價(jià)格貴價(jià)格貴。l特點(diǎn)：特點(diǎn)：在在050范圍內(nèi)熱電動(dòng)勢很小（范圍內(nèi)熱電動(dòng)勢很小（50時(shí)為時(shí)為3微伏）微伏）,冷端不為冷端不為0度時(shí)可不補(bǔ)償度時(shí)可不補(bǔ)償。（4）K型：型：鎳鉻（鎳鉻（9：1）-鎳硅（鎳硅（97：3）l1906年年 工業(yè)使用最廣泛的一種，優(yōu)點(diǎn)：工業(yè)使用最廣泛的一種，優(yōu)點(diǎn)：l1）具有較好的抗氧化性能，廣泛應(yīng)用于具有較好的抗氧化性能，廣泛應(yīng)用于5001300的測溫范圍；的測溫范圍；l2）01100之間的熱電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系之間的熱電動(dòng)勢與溫度的關(guān)系幾乎是幾乎是線性的線性的，使得顯示儀表的刻度均勻；，使得顯示儀表的刻度均勻；l3）熱電動(dòng)勢大，熱電動(dòng)勢大，靈敏度比較高

29、；靈敏度比較高；P272l4）熱導(dǎo)率低；）熱導(dǎo)率低；l5）便宜，工業(yè)中廣泛使用（）便宜，工業(yè)中廣泛使用（1000 以上取代以上取代S型）。型）。（4）K型：缺點(diǎn)型：缺點(diǎn)l1）對應(yīng)力敏感；對應(yīng)力敏感；l2）不適用于）不適用于還原性氣氛還原性氣氛或者交替氧化和或者交替氧化和還原的氣氛中；還原的氣氛中；l3）不適用于硫氣氛中以及真空中；）不適用于硫氣氛中以及真空中； 含硫氣氛對電極有腐蝕作用含硫氣氛對電極有腐蝕作用 真空氣氛會(huì)使真空氣氛會(huì)使正極（鎳鉻）正極（鎳鉻）中的鉻優(yōu)先蒸發(fā)中的鉻優(yōu)先蒸發(fā)，使得分度特性變化使得分度特性變化4）精度較鉑銠鉑熱電偶低。）精度較鉑銠鉑熱電偶低。Ni-Cr合金：合金：K狀

30、態(tài)、擇優(yōu)氧化狀態(tài)、擇優(yōu)氧化lK狀態(tài)是狀態(tài)是NiCr合金特有的晶格變化，當(dāng)合金特有的晶格變化，當(dāng)Cr含量在含量在5 30%范圍內(nèi)、溫度為范圍內(nèi)、溫度為300500時(shí)存在原子晶格時(shí)存在原子晶格有序有序向向無序無序轉(zhuǎn)變，引轉(zhuǎn)變，引起熱電動(dòng)勢不穩(wěn)定！起熱電動(dòng)勢不穩(wěn)定！l擇優(yōu)氧化：擇優(yōu)氧化：NiCr合金在合金在800左右氧分壓左右氧分壓較低時(shí)同較低時(shí)同O2親和力大的親和力大的Cr，將發(fā)生選擇性，將發(fā)生選擇性氧化，氧化，Cr含量降低會(huì)引起熱電勢偏低含量降低會(huì)引起熱電勢偏低。（5）N型：型：鎳鉻硅鎳鉻硅-鎳硅鎂鎳硅鎂 1971年年l分度表與分度表與K型熱電偶相近，但抗氧化性和穩(wěn)定性大型熱電偶相近，但抗氧化性

31、和穩(wěn)定性大幅提高。名義成分是：正極為幅提高。名義成分是：正極為14.2%Cr，1.4%Si，余量是余量是Ni；負(fù)極為；負(fù)極為4.4%Si，0.1Mg，余量為，余量為Ni。l克服克服K型熱電偶兩個(gè)缺點(diǎn)：型熱電偶兩個(gè)缺點(diǎn)：K狀態(tài)、擇優(yōu)氧化狀態(tài)、擇優(yōu)氧化l增加了稀土金屬增加了稀土金屬La、Ce、Y、Ca，使合金絲的高溫，使合金絲的高溫抗氧化性和熱穩(wěn)定性有明顯地提高?？寡趸院蜔岱€(wěn)定性有明顯地提高。lN型熱電偶的型熱電偶的長期穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于長期穩(wěn)定性遠(yuǎn)優(yōu)于K型熱電偶，成為型熱電偶，成為可用于可用于501300的優(yōu)秀的廉價(jià)金屬熱電偶。的優(yōu)秀的廉價(jià)金屬熱電偶。（國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶）（國際標(biāo)準(zhǔn)熱電偶）（6）E型：

32、鎳鉻（型：鎳鉻（9：1）-銅銅鎳（康銅）鎳（康銅）l適用于適用于200900溫區(qū)的氧化性或惰性氣氛中溫區(qū)的氧化性或惰性氣氛中的溫度測量。的溫度測量。低溫爐廣泛使用低溫爐廣泛使用l熱電動(dòng)勢最大熱電動(dòng)勢最大、靈敏度最高，制成、靈敏度最高，制成熱電堆熱電堆，測量，測量微小的溫度變化?？捎糜谖⑿〉臏囟茸兓??？捎糜诤朔磻?yīng)堆核反應(yīng)堆！福島核電站福島核電站l適宜濕度較高度環(huán)境，適宜核輻射環(huán)境（熱電特適宜濕度較高度環(huán)境，適宜核輻射環(huán)境（熱電特性穩(wěn)定），不適宜于還原性氣氛或含碳與含硫氣性穩(wěn)定），不適宜于還原性氣氛或含碳與含硫氣氛中，氛中，變脆變脆！E型熱電偶熱電勢最大！型熱電偶熱電勢最大?。?） J型：鐵型：鐵

33、-銅鎳系列銅鎳系列:Fe-NiCu55l1910年開始使用年開始使用l純鐵純鐵-康銅，但康銅成分與康銅，但康銅成分與E型熱電偶中負(fù)型熱電偶中負(fù)極材料不同。極材料不同。lJP、NPl既可在既可在氧化性氣氛氧化性氣氛中使用（中使用（750），又可），又可在在還原性氣氛還原性氣氛中使用（中使用（950），不能在高），不能在高溫溫含硫的氣氛含硫的氣氛中使用。中使用。l超過超過500 ，鐵氧化速率加快！，鐵氧化速率加快！（8）T型：銅型：銅-銅鎳系列銅鎳系列l(wèi)正極為純銅、負(fù)極與正極為純銅、負(fù)極與E E型熱電偶通用。型熱電偶通用。l使用溫度低，使用溫度低，200200350350l在使用溫度范圍內(nèi)，在使用溫度范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度最高準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性，穩(wěn)定性和均勻性好！和均勻性好！可制作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶可制作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l銅在銅在500 500 會(huì)很快氧化會(huì)很快氧化，不超過，不超過400 400 。5.2 非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶l貴金屬熱電偶貴金屬熱電偶:鉑銠系鉑銠系,鎢錸系鎢錸系,銥銠銥銠-鉑系鉑系,雙雙鉬系。鉬系。l非金屬熱電偶非金屬熱電偶:石墨