熱電偶的原理、結(jié)構(gòu)、選型、常見故障及解決方法

1、熱電偶的原理、結(jié)構(gòu)、選型及常見故障和原因、解決方法等一、 熱電偶測溫原理   兩種不同材料的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成一個閉合回路，當(dāng)兩接點溫度T和T0不同時，則在該回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),該電動勢稱為熱電勢。這兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體的組合稱為熱電偶，導(dǎo)體A、B稱為熱電極。兩個接點，一個稱熱端，又稱測量端或工作端，測溫時將它置于被測介質(zhì)中;另一個稱冷端，又稱參考端或自由端，它通過導(dǎo)線與顯示儀表相連。 電偶體結(jié)構(gòu)圖接觸電勢是由于兩種不同導(dǎo)體的自由電子密度不同而在接觸處形成的電動勢。兩種導(dǎo)體接觸時，自由電子由密度大的導(dǎo)體向密度小的導(dǎo)體擴散， 在接觸處失去電子一

2、側(cè)帶正電，得到電子一側(cè)帶負電，擴散達到動平衡時，在接觸面的兩側(cè)就形成穩(wěn)定的接觸電勢。接觸電勢的數(shù)值取決于兩種不同導(dǎo)體的性質(zhì)和接觸點的溫度。兩接點的接觸電勢eAB(T)和eAB（T0）可表示為 式中： K波爾茲曼常數(shù)； e單位電荷電量； NAT、NBT和NAT0、NBT0溫度分別為T和T0時，A、B兩種材料的電子密度。  溫差電勢是同一導(dǎo)體的兩端因其溫度不同而產(chǎn)生的一種電動勢。同一導(dǎo)體的兩端溫度不同時，高溫端的電子能量要比低溫端的電子能量大，因而從高溫端跑到低溫端的電子數(shù)比從低溫端跑到高溫端的要多，結(jié)果高溫端因失去電子而帶正電，低溫端因獲得多余的電子而帶負電，因此，在導(dǎo)體兩端便形成接觸

3、電勢。 熱電偶回路中產(chǎn)生的總熱電勢為 eAB(T, T0)=eAB(T)+eB(T,T0)-eAB(T0)-eA(T,T0)       在總熱電勢中，溫差電勢比接觸電勢小很多，可忽略不計， 則熱電偶的熱電勢可表示為 ：eAB(T,T0)=eAB(T)-eAB(T0) 對于已選定的熱電偶，當(dāng)參考端溫度T0恒定時，eAB(T0)=c為常數(shù)，則總的熱電動勢就只與溫度T成單值函數(shù)關(guān)系，即 eAB(T,T0)=eAB(T)-c=f(T) 這一關(guān)系式在實際測量中是很有用的，即只要測出eAB（T， T0）的大小，就能得到被測溫度T，這就是利用熱電

4、偶測溫的原理。 二、熱電偶基本定律1、均質(zhì)導(dǎo)體定律: 由兩種均質(zhì)導(dǎo)體組成的熱電偶，其熱電動勢的大小只與兩材料及兩接點溫度有關(guān)，與熱電偶的大小尺寸、形狀及沿電極各處的溫度分布無關(guān)。即如材料不均勻，當(dāng)導(dǎo)體上存在溫度梯度時，將會有附加電動勢產(chǎn)生。這條定理說明， 熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的均質(zhì)材料構(gòu)成。 2、中間導(dǎo)體定律：利用熱電偶進行測溫，必須在回路中引入連接導(dǎo)線和儀表，接入導(dǎo)線和儀表后會不會影響回路中的熱電勢呢？中間導(dǎo)體定律說明，在熱電偶測溫回路內(nèi)，接入第三種導(dǎo)體時，只要第三種導(dǎo)體的兩端溫度相同，則對回路的總熱電勢沒有影響。 3、中間溫度定律：在熱電偶測溫回路中，tc為熱電極上某一點的溫度，熱電偶

5、AB在接點溫度為t、t0時的熱電勢eAB(t, t0)等于熱電偶AB在接點溫度t、tc和tc、t0時的熱電勢eAB(t, tc)和eAB(tc, t0)的代數(shù)和，即 eAB(t,t0)=eAB(t,tc)+eAB(tc,t0該定律是參考端溫度計算修正法的理論依據(jù)，在實際熱電偶測溫回路中, 利用熱電偶這一性質(zhì), 可對參考端溫度不為0的熱電勢進行修正。三、熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了適應(yīng)不同生產(chǎn)對象的測溫要求和條件，熱電偶的結(jié)構(gòu)形式有普通型熱電偶、鎧裝型熱電偶和薄膜熱電偶等。 1、普通型熱電偶：普通型結(jié)構(gòu)熱電偶工業(yè)上使用最多，它一般由熱電極、絕緣套管、保護管和接線盒組成。普通型熱電偶按其安裝時的連接形式可

6、分為固定螺紋連接、固定法蘭連接、活動法蘭連接、無固定裝置等多種形式。 2、鎧裝型熱電偶：鎧裝熱電偶又稱套管熱電偶。它是由熱電偶絲、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體，鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點是測溫端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快，機械強度高，撓性好，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上，因此被廣泛用在許多工業(yè)部門中。 3、薄膜熱電偶：薄膜熱電偶是由兩種薄膜熱電極材料用真空蒸鍍、化學(xué)涂層等辦法蒸鍍到絕緣基板上而制成的一種特殊熱電偶， 薄膜熱電偶的熱接點可以做得很?。杀〉?.010.1m），具有熱容量小、反應(yīng)速度快等特點，熱響應(yīng)時間達到微秒級，適用于微小面積上的表面溫度以及快速變化的動態(tài)溫度測量。 四、熱電

7、偶的補償導(dǎo)線及冷端溫度的補償方法當(dāng)熱電偶材料選定以后，熱電動勢只與熱端和冷端溫度有關(guān)。因此只有當(dāng)冷端溫度恒定時，熱電偶的熱電勢和熱端溫度才有單值的函數(shù)關(guān)系。熱電偶的分度表是以冷端溫度0作為基準(zhǔn)進行分度的，而在實際使用過程中，冷端溫度往往不為0，所以必須對冷端溫度進行處理，消除冷端溫度的影響。 那么熱端溫度為t時，分度表所對應(yīng)的熱電勢eAB(t, 0)與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢eAB(t,t0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) 由此可見，eAB(t0，0)是冷端溫度t0的函數(shù)，因此需要對熱電偶冷端溫度進行處理。 1、熱電偶補償導(dǎo)線 ：

8、 在實際測溫時，需要把熱電偶輸出的電勢信號傳輸?shù)竭h離現(xiàn)場數(shù)十米遠的控制室里的顯示儀表或控制儀表，這樣, 冷端溫度t0比較穩(wěn)定。熱電偶一般做得較短， 一般為3502000mm，需要用導(dǎo)線將熱電偶的冷端延伸出來。 工程中采用一種補償導(dǎo)線，它通常由兩種不同性質(zhì)的廉價金屬導(dǎo)線制成，而且在0100溫度范圍內(nèi)，要求補償導(dǎo)線和所配熱電偶具有相同的熱電特性。 2、冷端溫度修正法： 采用補償導(dǎo)線可使熱電偶的冷端延伸到溫度比較穩(wěn)定的地方，但只要冷端溫度t0不等于0，需要對熱電偶回路的測量電勢值eAB（t，t0）加以修正。當(dāng)工作端溫度為t時，分度表所對應(yīng)的熱電勢eAB(t,0)與熱電偶實際產(chǎn)生的熱電勢eAB(t,t

9、0)之間的關(guān)系可根據(jù)中間溫度定律得到下式：eAB(t,0)= eAB(t,t0)+eAB(t0，0) 由此可見，測量電勢值eAB(t, t0)的修正值為eAB(t0, 0)。eAB(t0，0)是參考端溫度t0的函數(shù)，經(jīng)修正后的熱電勢為eAB（t，0）， 可由分度表中查出被測實際溫度值t。 例如，用鎳鉻-鎳硅熱電偶測量加熱爐溫度。已知冷端溫度t0=30，測得熱電勢eAB（t，t0）為33.29mV, 求加熱爐溫度。 解：查鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得eAB（30，0）1.203 mV。 由式（15-13）可得 eAB（t，0）= eAB(t,t0)+eAB(t0,0)=33.29+1.203=34.

10、493mV，由鎳鉻-鎳硅熱電偶分度表得t=829.5。 3、冷端0恒溫法 ：  在實驗室及精密測量中，通常把冷端放入0恒溫器或裝滿冰水混合物的容器中，以便冷端溫度保持0，這種方法又稱冰浴法。這是一種理想的補償方法，但工業(yè)中使用極為不便。 4、冷端溫度自動補償法（補償電橋法）：    補償電橋法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓Uab作為補償信號，來自動補償熱電偶測量過程中因冷端溫度不為0或變化而引起熱電勢的變化值。 補償電橋由三個電阻溫度系數(shù)較小的錳銅絲繞制的電阻r1、r2、r3及電阻溫度系數(shù)較大的銅絲繞制的電阻rcu和穩(wěn)壓電源組成。補償電橋與熱電偶冷端處

11、在同一環(huán)境溫度，當(dāng)冷端溫度變化引起的熱電勢eAB(t,t0)變化時，由于rcu的阻值隨冷端溫度變化而變化，適當(dāng)選擇橋臂電阻和橋路電流，就可以使電橋產(chǎn)生的不平衡電壓Uab補償由于冷端溫度t0變化引起的熱電勢變化量，從而達到自動補償?shù)哪康摹?#160; 4.1.熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一，熱電偶工作原理是基于賽貝克(seeback)效應(yīng),即兩種不同成分的導(dǎo)體兩端連接成回路，如兩連接端溫度不同，則在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流的物理現(xiàn)象。其優(yōu)點是：測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-2

12、69（如金鐵鎳鉻），最高可達+2800（如鎢-錸）。構(gòu)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。常用的熱電偶材料有：熱電偶分度號    熱電極材料        正極    負極    S    鉑銠10    純鉑    R    鉑銠13    純鉑    B    鉑銠30 

13、   鉑銠6    K    鎳鉻    鎳硅    T    純銅    銅鎳    J    鐵      銅鎳    N    鎳鉻硅  鎳硅    E    鎳鉻    銅鎳4.2熱電偶的種類及結(jié)構(gòu)形成（1）熱電偶的種類常用熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶兩大類。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)熱電

14、偶是指國家標(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)準(zhǔn)分度表的熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(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。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶為我國統(tǒng)一設(shè)計型熱電偶。（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(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（SP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為10%，含鉑為90%，負極（SN）為純鉑，故

15、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(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點。它的物理，化學(xué)性能良好，熱電勢穩(wěn)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(yōu)良的綜合性能，符合國際使用溫標(biāo)的S型熱電偶，長期以來曾作為國際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器，“ITS-90”雖規(guī)定今后不再作為國際溫標(biāo)的內(nèi)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(xiàn)國際溫標(biāo)。 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。

16、 （R型熱電偶）鉑銠13-鉑熱電偶 鉑銠13-鉑熱電偶（R型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（RP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為13%，含鉑為87%，負極（RN）為純鉑，長期最高使用溫度為1300，短期最高使用溫度為1600。 R型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長等優(yōu)點。其物理，化學(xué)性能良好，熱電勢穩(wěn)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R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當(dāng)，在我國一直難于推廣，除在進口設(shè)備上的測溫有所應(yīng)用外，國內(nèi)測溫很少采用。1967年至1971年間，英國NPL

17、，美國NBS和加拿大NRC三大研究機構(gòu)進行了一項合作研究，其結(jié)果表明，R型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比S型熱電偶均好，我國目前尚未開展這方面的研究。 R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。 （B型熱電偶）鉑銠30-鉑銠6熱電偶 鉑銠30-鉑銠6熱電偶（B型熱電偶）為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm，允許偏差-0.015mm，其正極（BP）的名義化學(xué)成分為鉑銠合金，其中含銠為30%，含鉑為70%，負極（BN）為鉑銠合金，含銠為量6%，故俗稱雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1600，短期最高使用溫度為1

18、800。 B型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高，穩(wěn)定性最好，測溫溫區(qū)寬，使用壽命長，測溫上限高等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中，也可短期用于真空中，但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導(dǎo)線進行補償，因為在050范圍內(nèi)熱電勢小于3V。 B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。 （K型熱電偶）鎳鉻-鎳硅熱電偶 鎳鉻-鎳硅熱電偶（K型熱電偶）是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。正極（KP）的名義化學(xué)成分為：Ni：Cr=90：10，負極（KN）的名

19、義化學(xué)成分為：Ni：Si=97：3，其使用溫度為-2001300。 K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。 K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛中。 （N型熱電偶）鎳鉻硅-鎳硅熱電偶 鎳鉻硅-鎳硅熱電偶（N型熱電偶）為廉金屬熱電偶，是一種最新國際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶，是在70年代初由澳大利亞國防部實驗室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個重要缺點：K型熱電偶在300500間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動勢不穩(wěn)定；在800左右由于鎳鉻

20、合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動勢不穩(wěn)定。正極（NP）的名義化學(xué)成分為：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，負極（NN）的名義化學(xué)成分為：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用溫度為-2001300。 N型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強，價格便宜，不受短程有序化影響等優(yōu)點,其綜合性能優(yōu)于K型熱電偶,是一種很有發(fā)展前途的熱電偶. N型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性或還原，氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛中。 （E型熱電偶）鎳鉻-銅鎳熱電偶 鎳鉻-銅鎳熱電偶（E型熱電偶）又稱鎳鉻-康銅熱電偶，也是一種廉金屬的熱

21、電偶，正極（EP）為：鎳鉻10合金，化學(xué)成分與KP相同，負極（EN）為銅鎳合金，名義化學(xué)成分為：55%的銅，45%的鎳以及少量的錳，鈷，鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200900。 E型熱電偶熱電動勢之大，靈敏度之高屬所有熱電偶之最，宜制成熱電堆，測量微小的溫度變化。對于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏，宜用于濕度較高的環(huán)境。E熱電偶還具有穩(wěn)定性好，抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅，鐵-康銅熱電偶，價格便宜等優(yōu)點，能用于氧化性和惰性氣氛中，廣泛為用戶采用。 E型熱電偶不能直接在高溫下用于硫，還原性氣氛中，熱電勢均勻性較差。 （J型熱電偶）鐵-銅鎳熱電偶 鐵-銅鎳熱電偶（J型熱電偶）又稱鐵-康銅熱電偶，也是一種

22、價格低廉的廉金屬的熱電偶。它的正極（JP）的名義化學(xué)成分為純鐵，負極（JN）為銅鎳合金，常被含糊地稱之為康銅，其名義化學(xué)成分為：55%的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳，鈷，鐵等元素，盡管它叫康銅，但不同于鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅，故不能用EN和TN來替換。鐵-康銅熱電偶的覆蓋測量溫區(qū)為-2001200，但通常使用的溫度范圍為0750 J型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點,廣為用戶所采用。 J型熱電偶可用于真空，氧化，還原和惰性氣氛中，但正極鐵在高溫下氧化較快，故使用溫度受到限制，也不能直接無保護地在高溫下用于硫化氣氛中。 （T型熱電偶）銅

23、-銅鎳熱電偶 銅-銅鎳熱電偶（T型熱電偶）又稱銅-康銅熱電偶，也是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。它的正極（TP）是純銅，負極（TN）為銅鎳合金，常之為康銅，它與鎳鉻-康銅的康銅EN通用，與鐵-康銅的康銅JN不能通用，盡管它們都叫康銅，銅-銅鎳熱電偶的蓋測量溫區(qū)為-200350。 T型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度較高，穩(wěn)定性和均勻性較好，價格便宜等優(yōu)點,特別在-2000溫區(qū)內(nèi)使用，穩(wěn)定性更好，年穩(wěn)定性可小于±3V，經(jīng)低溫檢定可作為二等標(biāo)準(zhǔn)進行低溫量值傳遞。 T型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化性能差，故使用溫度上限受到限制。(2)熱電偶的結(jié)構(gòu)形式為了保證熱電偶可靠、穩(wěn)定地

24、工作，對它的結(jié)構(gòu)要求如下：組成熱電偶的兩個熱電極的焊接必須牢固；兩個熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路；補償導(dǎo)線與熱電偶自由端的連接要方便可靠；保護套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。4.3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(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導(dǎo)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

25、0時對測溫的影響。在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100。熱電偶冷端補償原理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(guān)系。若測量時，冷端的（環(huán)境）溫度變化，將影響嚴(yán)重測量的準(zhǔn)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。 熱電偶的冷端補償通常采用在冷端串聯(lián)一個由熱電阻構(gòu)成的電橋。電橋的三個橋臂為標(biāo)準(zhǔn)電阻，另外有一個橋臂由（銅）熱電阻構(gòu)成。當(dāng)冷端溫度變化（比如升高），熱電偶產(chǎn)生的熱電勢也將變化（減小），而此時串聯(lián)電橋中的

26、熱電阻阻值也將變化并使電橋兩端的電壓也發(fā)生變化（升高）。如果參數(shù)選擇得好且接線正確，電橋產(chǎn)生的電壓正好與熱電勢隨溫度變化而變化的量相等，整個熱電偶測量回路的總輸出電壓（電勢）正好真實反映了所測量的溫度值。這就是熱電偶的冷端補償原理。4.3.1.接觸電勢兩種均質(zhì)導(dǎo)體A和B接觸時，由于A和B中自由電子密度不同（設(shè)自由電子密度NA>NB)，導(dǎo)體A將通過接點向?qū)wB進行自由電子擴散，則A失電子，B積累電子，從而使接點兩側(cè)產(chǎn)生電位差，建立了靜電場E，如圖2-2所示，靜電場E的存左將阻止自由電子繼續(xù)擴散。當(dāng)擴散力和電場力的作用相互平衡時。電子的擴散就相對停止，最終在接點兩側(cè)之間產(chǎn)生電勢，此電勢稱為接

27、觸電勢，用符號eAB(t)表示，其中t為接點處的溫度，接觸電勢的大小與接觸面溫度t和兩種導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)，方向如圖2-2所示，由電子密度小的電極指向電子密度大的電極。4.3.2.溫差電勢因?qū)w的自由電子密度會隨溫度升高而增大，因此當(dāng)同一導(dǎo)體兩端溫度不同時(如圖2-3所示)，溫度高的一端自由電子密度將高于溫度低的一端，因此在兩端之間也會出現(xiàn)與接觸電勢中相似的自由電子擴散過程，最終在導(dǎo)體的兩端間產(chǎn)生電位差，建立起電勢，這種電勢被稱為溫差電勢，用符號eA(t，to)表示，其大小與導(dǎo)體兩端溫度t、to及導(dǎo)體性質(zhì)有關(guān)，如圖2-3所示由低溫端指向高溫端。為了便于分析問題，溫差電勢有時也寫成下面的形式，即eA

28、(t，to)=eA(t)-eA(to)。4.3.3.熱電勢綜上所述，在圖2-1所示的熱電偶回路中，當(dāng)tt0，NANB時，回路內(nèi)將產(chǎn)生兩個接觸電勢eAB(t)和AB(to)，兩個溫差電勢eA(t，to)和eB(t，to)。各電勢的方向如圖中所示。這時，回路的總電勢，即熱電勢EAB(t，to)是這些接觸電勢和溫差電勢的代數(shù)和，即EAB(t，to)= eAB(t) - eA(，to) - eAB(to) + eB(t，to) = eAB(t)-eA(t) - eA(to) - eAB(to) + eB(t) - eB(to) = eAB(t) - eA(t) + eB(t) - eAB(tO) -

29、eA(to) + eB(to) = fAB(t) fAB(to)由于溫差電勢比接觸電勢小，又t>tO，所以在總電勢EAB(t，tO)中，接觸電勢eAB(t)所占百分比最大，故總電勢EAB(t，to)的方向取決于eAB(t)的方向。又因A的電子密度大，所以A為正極，B為負極，在正熱電極里，電勢的方向由熱端指向冷端。上式表明，當(dāng)兩個熱電極的材料選定后，熱電勢就是兩個分別與接點溫度有關(guān)的函數(shù)之差。如果冷端溫度to保持不變，則fAB(to) = C(常數(shù))，那么，EAB(t，to)=fAB(t) C，熱電勢就與熱端溫度t成一一對應(yīng)關(guān)系。因此，測得熱電勢EAB(t，to)，就可以確定被測溫度t的數(shù)

30、值，這就是熱電偶測量溫度的原理。為了使用方便，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的熱端溫度與熱電勢之間的對應(yīng)關(guān)系都有函數(shù)表可查。這種函數(shù)表是在冷端溫度為0條件下，通過實驗方法制定出來的，稱為熱電偶分度表。熱電偶分度表可用于表達熱電偶的熱電特性。幾種常用熱電偶的分度表見附表1附表5。應(yīng)注意to不等于0時不能使用分度表由t直接查EAB(t，to)值，也不能直接由EAB(t，to)查t5、 熱電偶的選型技術(shù)參數(shù)溫度測量范圍和允許誤差熱電偶類別代號分度號測量范圍允許偏差t鉑銠30鉑銠6WRRB0800±1.5或±0.25%t鉑銠10鉑WRPS01600±1.5或±0.25%t鎳鉻鎳硅

31、WRNK01300±2.5或±0.75%t鎳鉻銅鎳WREE0800±2.5或±0.75%t熱響應(yīng)時間在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該變化的50%，所需要的時間稱為熱響應(yīng)時間，用t0.5表示型號表示W(wǎng)RW溫度儀表R熱電偶熱電偶材料R）鉑銠30鉑銠6P）鉑銠10鉑N）鎳鉻鎳硅E）鎳鉻銅鎳（鎳鉻康銅）安裝固定形式1）無固定式裝置式2）固定螺紋式3）活動式法蘭4）固定法蘭式5）活動法蘭角尺形式6）固定螺紋錐形保護管式接線盒形式2）防濺式3）防水式4）隔爆式設(shè)計序號0）ø16mm保護管1）ø25mm保護管（雙層套管）2）

32、8;16mm高鋁質(zhì)管（單層套管）3）ø20mm高鋁質(zhì)管熱電偶公稱壓力一般是指在室溫情況下保護管所能承受的靜態(tài)外壓而不破裂。實際上，容許工作壓力不僅與保護管材料、直徑壁厚有關(guān)，還與其結(jié)構(gòu)形式，安裝方法、置入深度以及被測介質(zhì)的流速和種類等有關(guān)。熱電偶最小置入深度應(yīng)不小于其保護管外徑的810倍（特殊產(chǎn)品例外）。熱電偶絕緣電阻（常溫）常溫絕緣電阻的試驗電壓為直流500V±50V，測量常溫絕緣電阻的大氣條件為溫度1535，相對濕度45%，大氣壓力86106kPa。對于長度超過1米的熱電偶它的常溫絕緣電阻值與其長度的乘積應(yīng)不小于100M。M。即Rr.L100 M。M 

33、0; L1m式中：Rr熱電偶的長度，m對于長度等于或不足1米的熱電偶，它的常溫絕緣電阻值應(yīng)不小于100 M上限溫度絕緣電阻熱電偶的上限溫度絕緣電阻應(yīng)不小于下表現(xiàn)定：上限溫度tm試驗溫度t電阻值，M100tm300t=tm10300tm500t=tm2500tm850t=tm0.5850tm1000t=tm0.081000tm1300tm1300t=tmt=13000.020.02備注：關(guān)于本型號具體技術(shù)要求（如長度、螺紋或法蘭接等）可與公司洽詢。壓簧固定式熱電偶產(chǎn)品介紹WRET-01型壓簧固定式鎳鉻銅鎳熱電偶通過壓簧將熱電偶端部與被測物的表面緊貼，以提高測量的可靠性和準(zhǔn)確性。它與顯示儀表等配套

34、使用，可直接測量0400范圍內(nèi)的溫度。熱電偶帶有軟性延長導(dǎo)線，可以自由彎曲，具有熱響應(yīng)時間小，使用方便等特點，適用于塑料出機、輕紡、食品等工業(yè)。WRET-01型熱電偶的作用原理，分度特性及允許偏差，參比端（冷接點）溫度補償，以及與顯示測量儀表的聯(lián)接方法均與一般熱電偶相同。WRET-01型熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖所示，由保護管，安裝螺栓，鎖緊卡套，彈簧及熱電阻導(dǎo)線等組成。型號分度號測量范圍熱響應(yīng)時間t0.5保護管材料WRET-01E（EA-2）040051Cr18Ni9Ti不銹鋼規(guī)格連接螺拴L2mm總長Lmm保護管L1mm10001500200025003000350040003030303030303

35、035或70100015002000250030003500400060606060606060二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10鉑熱電偶WRPB-230二等標(biāo)準(zhǔn)鉑銠10鉑熱電偶主要用于作為熱電偶校驗裝置的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，以及實驗室用的精密測溫?zé)犭娕?。技術(shù)參數(shù)極性：正極為鉑銠合金絲（含鉑90%，銠10%），負極為純鉑絲。鉑絲在100和0時的電阻比值：R100/R01.3920偶絲直徑：ø0.5mm總長度約：1025mm工作端光滑的圓球直徑：ø 1.2mm熱電偶的測量端溫度為1084.88 、參比端溫度為0時熱電勢應(yīng)為10.575±0.030mmV熱電勢的穩(wěn)定性：在1084.00時不超過

36、5v精度：不低于±1（鋅點、銻點、銅點三固定點）  拱頂熱電偶WRP型拱頂熱電偶是為了適應(yīng)高爐拱頂溫度的檢測，而進行設(shè)計制造的新型熱電偶。熱電偶保護管選用進口Sic再結(jié)晶材料能夠滿足高爐測溫的特殊要求。在構(gòu)造上，有密封、耐振動、可以垂直安裝和有快速裝卸的法蘭結(jié)構(gòu)。技術(shù)參數(shù)分度號：S（鉑銠10鉑）測溫范圍：01300公稱壓力：0.3MPa熱響應(yīng)時間：t0.5360S允許誤差t:±1.5或±0.25t規(guī)格長度：L×L:1400×1250、1750×1600mm鎧裝熱電偶WREK、WRNK、WRCK系列鎧裝熱電偶具有能彎曲、耐高溫

37、、熱響應(yīng)時間快和堅固耐用等特點，它和工業(yè)用裝配式熱電偶一樣，作為測量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用，同時，亦可以作為裝配式熱電偶的感溫元件，它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從0800范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。鎧裝熱電偶的工作原理是由兩種不同成份的導(dǎo)體兩端經(jīng)焊接，形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端叫參比端。當(dāng)測量端和參比端存在溫差時，就會在回路中產(chǎn)生熱電流，接上顯示儀表，儀表上就會指示出熱電偶所產(chǎn)生的熱電動勢的對應(yīng)溫度值。鎧裝熱電偶的熱電動勢將隨著測量端的溫度升高而增長，熱電動勢的大小只和鎧裝熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，和熱電極的長度，直徑無關(guān)

38、。鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)是由導(dǎo)體，絕緣氧化鎂和1Cr18Ni9Ti不銹鋼保護管經(jīng)多次拉制而成，鎧裝熱電偶產(chǎn)品主要由接線盒，接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結(jié)構(gòu)，并配以各種安裝固定裝置組成。鎧裝熱電偶分絕緣式和接殼式兩種。測溫范圍和準(zhǔn)確度 類 別代號分度號套管外徑mm常  用溫度最高使用溫度允許偏差t測量范圍允差值鎳鉻銅鎳WREKEø36007000700±2.5或±0.75%t鎳鉻鎳硅WRNKKø38009000900±2.5或±0.75%t銅銅鎳WRCKTø3350400-200未作規(guī)定-40350±0

39、.75%t鎧裝熱電偶熱響應(yīng)時間在溫度出現(xiàn)階躍變化時，熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于該階躍變化的50%，所需要的時間稱為熱響應(yīng)時間，用t0.5表示鎧裝熱電偶熱響應(yīng)時間不大于下表的規(guī)定： 熱響應(yīng)時間t0.5S接殼式絕緣式套管直徑（min）2.00.40.53.00.61.24.00.82.55.01.24.06.02.06.08.04.08.0絕緣電阻當(dāng)周圍空氣溫度為20±15，相對濕度不大于80時，絕緣型鎧裝熱電偶的偶絲與外套管之間的絕緣電阻值應(yīng)符合下表規(guī)定。 套管直徑mm試驗電壓V-D.C絕緣電阻M.m0.51.550±510001.5500±501

40、000 型號表示W(wǎng)RKWR測溫元件材料K安裝固定形式接線盒形式（自由端形式）工作端形式多對式溫度儀表熱電偶N鎳鉻鎳硅E鎳鉻銅鎳C銅銅鎳 鎧裝式1無固定裝置式2固定卡套螺紋3可動卡套螺紋4固定卡套法蘭5可動卡套法蘭0簡易式2防濺式3防水式8手柄式8小接線盒式9帶補償導(dǎo)線1絕緣式2接殼式8接殼式（手柄式）9絕緣式（手柄式）3）3對4）4對5）5對6）6對備注：關(guān)于本型號具體技術(shù)要求（如長度、螺紋或法蘭接等）可與公司洽詢隔爆型、本安型熱電偶工業(yè)用隔爆或本安型熱電偶是一種溫度傳感器，在化學(xué)工業(yè)自控系統(tǒng)中應(yīng)用極廣，通過溫度傳感器，可將控制對象的溫度參數(shù)變?yōu)殡娦盘枺瑐鬟f給顯示，記錄和調(diào)

41、節(jié)儀表，對系統(tǒng)實行檢測，調(diào)節(jié)和控制。在化工廠，生產(chǎn)現(xiàn)場常伴有各種易燃、易爆等化學(xué)氣體、蒸汽，如果使用普通熱電偶非常不安全，極易引起環(huán)境氣體爆炸。因此，在這些場合必須使用隔爆或本安型熱電偶作溫度傳感器，本廠生產(chǎn)的隔爆或本安型熱電偶產(chǎn)品適用在dIIBT4dIICT6、ibIIBT4、iaIIBT4、iaIICT6溫度組別區(qū)間內(nèi)具有爆炸性氣體危險的場所內(nèi)。隔爆或本安型熱電偶與裝配式熱電偶的結(jié)構(gòu)、原理基本相同，所區(qū)別的是，隔爆或本安型產(chǎn)品接線盒（外殼）在設(shè)計上采用防爆特殊結(jié)構(gòu)，接線盒用高強度鋁合金壓鑄而成，并具有足夠的內(nèi)部空間，壁厚和機械強度，橡膠密封圈的熱穩(wěn)定性均符合國家防爆標(biāo)準(zhǔn)。所以，當(dāng)接線盒內(nèi)部

42、的爆炸性混合氣體發(fā)生爆炸時，其內(nèi)壓不會破壞接線盒，而由此產(chǎn)生的熱能不能向外擴散傳爆。由于產(chǎn)品采用上述防爆特殊結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品完全符合使用在dIIBT4至dIICT6、ibIIBT4、iaIIBT4、iaIICT6防爆類別范圍內(nèi)，只要用戶嚴(yán)格遵守產(chǎn)品使用規(guī)則，產(chǎn)品就能達到可靠的防爆效果。量程規(guī)格型號分度號測量范圍精度等級允許偏差tWRN、WRNKWRN2、WRNK2K0800II±2.5或±0.75%tWRE、WREKWRE2、WREK2E0600II±2.5或±0.75%t防爆類型和級組防爆級組：dIIBT4或dIICT4 dIIBT6或dIICT6本安級組

43、：iaIIBT4或iaIICT4（多對式）iaIIBT6或iaIICT6（多對式）外殼防護等級：IP54型號表示隔爆型、本安型熱電偶WROAWR測溫元件材料安裝固定形式接線盒形式OA溫度儀表熱電偶E）鎳鉻銅鎳（康銅）K）鎳鉻鎳硅（鎳鉻鎳鋁）2）固定螺紋4）固定法蘭6）固定螺紋錐形保護管4）隔爆型、本安型設(shè)計序號改形序號隔爆型、本安型鎧熱電偶WRKOWR測溫元件材料K安裝固定形式接線盒形式O溫度儀表熱電偶E）鎳鉻銅鎳（康銅）K）鎳鉻鎳硅（鎳鉻鎳鋁）鎧裝形2）固定螺紋4）固定法蘭4）隔爆型、本安型設(shè)計序號6、 六、熱電偶常見故障原因及其處理方法 熱電偶的基本知識熱電偶常見故障原因及其處理方法表4-

44、1熱電偶常見故障原因及處理方法 故障現(xiàn)象可能原因處理方法熱電勢比實際值?。@示儀表指示值偏低） 熱電極短路找出短路原因，如因潮濕所致，則需進行干燥；如因絕緣子損壞所致，則需更換絕緣子熱電偶的接線柱處積灰，造成短路清掃積灰補償導(dǎo)線線間短路找出短路點，加強絕緣或更換補償導(dǎo)線熱電偶熱電極變質(zhì)在長度允許的發(fā)問下，剪去變質(zhì)段重新焊接，或更換新熱電偶補償導(dǎo)線與熱電偶極性接反重新接正確補償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換相配套的補償導(dǎo)線熱電偶安裝位置不錄或插入深度不符合要求重新按規(guī)定安裝熱電偶冷端溫度補償不符合要求調(diào)整冷端補償器熱電偶與顯示儀表不配套更抽熱電偶或顯示儀表使之相配套熱電勢比實際值大（顯示儀表指示值偏高）熱電偶與顯示儀表不配套更抽熱電偶或顯示儀表使之相配套補償導(dǎo)線與熱電偶不配套更換補償導(dǎo)線使之相配套有直流干擾信號進入排除直流干擾熱電勢輸出不穩(wěn)定熱電偶接線柱與熱電極接觸不良將接線柱螺絲擰緊熱電偶測量線路絕緣破損，引起斷續(xù)短路或接地找出故障點，修復(fù)絕緣熱電偶安裝不牢或外