熱電偶基本知識(shí)

鎳鉻一銀硅（鎳鋁）熱電偶（分度號(hào)為K）該種熱電偶的正極為含銘10%的銀銘合金（KP）,負(fù)極為含硅3%的銀硅合金（KN）。它的負(fù)極親磁，依據(jù)此特性，用磁鐵可以很方便地鑒別出熱電偶的正負(fù)極。它的特點(diǎn)是，使用溫度范圍寬，高溫下性能穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜，因此，它是目前用量最大的一種熱電偶。K型熱電偶適于在氧化性及惰性氣氛中連續(xù)使用。短期使用溫度為1200℃,長(zhǎng)期使用溫度為1000℃。經(jīng)過選擇后優(yōu)質(zhì)K型熱電偶可以作為標(biāo)準(zhǔn)，用以分度工作用銀銘-銀硅等賤金屬熱電偶。在這種熱電偶的兩極添加金屬釔及鎂等元素，抗氧化性能可進(jìn)一步提高，最高使用溫度可達(dá)到1300℃。為了充分發(fā)揮賤金屬價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，在同一測(cè)溫場(chǎng)所中，可多安裝幾支熱電偶，利用其靈敏度高和熱電特性近似線性的特點(diǎn)，達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。我國(guó)已經(jīng)基本上用銀銘一銀硅熱電偶取代了銀銘一銀鋁熱電偶。國(guó)外仍然使用銀銘一銀鋁熱電偶。兩種熱電偶的化學(xué)成分雖然不同，但其熱電特性相同，使用同一分度表。K型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的賤金屬熱電偶。不適宜在真空、含碳、含硫氣氛及氧化與還原交替的氣氛下裸絲使用。當(dāng)氧分壓較低時(shí)，銀銘極中的銘將則優(yōu)氧化（也稱綠蝕），使熱電動(dòng)勢(shì)發(fā)生很大變化。但金屬氣體對(duì)其影響較小。因此，多采用金屬制熱電偶保護(hù)管。K型熱電偶有以下缺點(diǎn)：1、熱電動(dòng)勢(shì)的高溫穩(wěn)定性較N型熱電偶及貴金屬熱電偶差。在較高溫度下，往往因氧化而損壞。在氧化性氣氛中，直徑3.2mm的K型熱電偶，在1100℃,1200℃下經(jīng)650卜左右，均超過0.75級(jí)允許誤差；但N型熱電偶在相同條件下，經(jīng)過1000h,其熱電動(dòng)勢(shì)的最大變化為96.6UV（2.6℃）。在1250℃下經(jīng)過1000h后仍未超差。2、在250?550℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即使在同一溫度點(diǎn)上，在升降溫過程中其熱電動(dòng)勢(shì)值也不一樣，其差值可達(dá)2?5℃。3、K型熱電偶的負(fù)極，在150?200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)，分度值往往偏離分度表，尤其在磁場(chǎng)中使用時(shí)，常出現(xiàn)與時(shí)間無關(guān)的熱電動(dòng)勢(shì)干擾。4、長(zhǎng)期處于高通量中子流輻照的環(huán)境下，由于負(fù)極中的Mn,Co等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，導(dǎo)致熱電動(dòng)勢(shì)發(fā)生較大變化。K型熱電偶的分度號(hào)以前為EU-2,現(xiàn)為K。K型熱電偶絲推薦使用溫度范圍：直 徑（mm）長(zhǎng)期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）

0.37008000.58009000.81.090010001.21.5100011002.02.5110012003.212001300壓簧式熱電偶（K,PT100）壓簧式熱電偶（K,PT100）隔爆型熱電偶（K,PT100）進(jìn)口插件熱電偶（K,E,耐磨熱電偶（N,K,E,航插式熱電偶（K,E,PT100） PT100） PT100）活動(dòng)法蘭熱電偶（K,PT100）B,S,R,N,E,J,T,W-Re伯^30-伯銠6熱電偶（分度號(hào)為B）該種熱電偶是60年代發(fā)展起來的一種典型的高溫?zé)犭娕肌Ｋ恼龢O為含錯(cuò)30%的伯錯(cuò)合金（BP）負(fù)極為含錯(cuò)6%的伯錯(cuò)合金（BN）。因兩極均為伯籍合金，故簡(jiǎn)稱為雙伯籍熱電偶。該種熱電偶的特點(diǎn)是，在室溫下熱電動(dòng)勢(shì)極?。?5℃時(shí)為-2uV,50℃時(shí)為3uV）,故在測(cè)量時(shí)一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線，可以忽略參考端溫度變化的影響。它的長(zhǎng)期使用溫度為1600℃,短期使用溫度為1800℃。伯籍6合金的熔點(diǎn)為1820℃,限制其使用溫度上限。雙鉑銠熱電偶的電動(dòng)勢(shì)率較小，因此，需配備靈敏度較高的顯示儀表。B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空環(huán)境下短期使用，即使在還原性氣氛下使用，其壽命也是R、S型熱電偶的10?20倍。因R及S型熱電偶在高溫下，將發(fā)生伯銠正極向負(fù)極擴(kuò)散的現(xiàn)象，引起熱電偶劣化，為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生，在伯中添加銠制成伯銠合金，不僅可以改善耐熱性能，而且還可以提高合金對(duì)鉑的熱電動(dòng)勢(shì)率。當(dāng)銠含量在20%以下時(shí)，伯銠合金對(duì)伯的熱電動(dòng)勢(shì)急增，但超過此值，隨銠含量的增加，變化不大，且顯著硬化，加工困難。故此類合金中銠含量不能超過40%（重量比）。伯銠合金比純鉑的晶粒長(zhǎng)度傾向小，而且，隨銠含量的增多而減少，并可使熱電性能更穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度更高。因此，雙伯銠熱電偶在1800℃的高溫測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。雙伯銠熱電偶的分度號(hào)以前為L(zhǎng)L-2,現(xiàn)為B。鉗^10-鉗錯(cuò)熱電偶（分度號(hào)為S）自1885年Le-chatelier發(fā)明伯銠10-伯銠熱電偶以來，已有100多年的歷史，對(duì)其性能及制造工藝曾作過詳細(xì)研究。該種熱電偶正極的明義成分為含銠10%的鉑銠合金（代號(hào)為SP）,負(fù)為純伯（代號(hào)為SN）。該種熱電偶的特點(diǎn)是熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性、惰性氣氛中連續(xù)使用。長(zhǎng)期使用溫度為1400℃,超過此溫度時(shí)，即使在空氣中，純伯絲也將因再結(jié)晶致使晶粒粗大。故長(zhǎng)期使用溫度限定在1400℃以下，短期使用溫度為1600℃。在所有的熱電偶中，它的準(zhǔn)確度等級(jí)最高，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或作為測(cè)量高溫的熱電偶，它的使用溫度范圍廣、均質(zhì)性及互換性好。S型熱電偶的缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴，電極絲直徑很細(xì)（0.35?0.5mm）,機(jī)械強(qiáng)度較低；與其它熱電偶相比，它的熱電勢(shì)比較小，熱電動(dòng)勢(shì)率平均為9uV/℃,因此需配用靈敏度高的顯示儀表;該種熱電偶不適合于在還原性氣氛或含金屬蒸氣的條件下使用，尤其應(yīng)避免接觸有機(jī)物、鐵、硅、h2及CO等等。在真空下只能短期使用。伯在不太高溫度下易發(fā)生再結(jié)晶及晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，不僅使高溫強(qiáng)度降低，而且容易引起污染，致使熱電偶性能不穩(wěn)定。伯銠10-伯熱電偶的分度以前為L(zhǎng)B-3,現(xiàn)為S。伯^13-伯銘熱電偶（分度號(hào)為R）該種熱電偶的正極為含銠的鉑銠合金（RP）,負(fù)極為純伯（RN）。同S型熱電偶相比，它的熱電動(dòng)勢(shì)率大15%左右，其它性能幾乎完全相同。該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃?，但?981年以前的日本工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）中伯銠合金的銠含量為12.8%,同現(xiàn)行的R型熱電偶相比，在1550℃下，其熱電動(dòng)勢(shì)約低100UV,這點(diǎn)請(qǐng)注意。在真空、還原或含金屬蒸氣的條件下使

用，均要受到玷污。長(zhǎng)期使用溫度一般不應(yīng)超過1400℃。剛玉管S、B、R型熱電偶（直徑8——25mm）$型鎧裝熱電偶（直徑3用，均要受到玷污。長(zhǎng)期使用溫度一般不應(yīng)超過1400℃。剛玉管S、B、R型熱電偶（直徑8——25mm）——8mm）N，K，E，J，T，W-Re銀鉻硅一銀硅熱電偶（分度號(hào)為N）Nicrosil-Nisil熱電偶是70年代由澳大利亞的Burley等人首先研制出來的。它是一種新型銀基合金測(cè)溫材料，也是國(guó)際上近20年來在賤金屬熱電偶合金材料研究方面取得唯一的重大成果。有可能取代其余四扎種賤金屬熱電偶，目前正在引起人們的高度重視。它的主要特點(diǎn)是，在1300℃以下，高溫抗氧化能力強(qiáng)，熱電動(dòng)勢(shì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)的復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能也好。在-200?1300℃范圍內(nèi)，有全面取代賤金屬熱電偶與部分代替S熱電偶的趨勢(shì)。N型熱電偶的主要特性有以下五點(diǎn)：1、高溫抗氧化能力強(qiáng)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。針對(duì)K型熱電偶鑲銘極中Cr,Si元素?fù)駜?yōu)氧化引起合金沉成分不均勻、熱電動(dòng)勢(shì)漂移等問題，在N型熱電偶的正極中增加Cr,Si含量使銀銘合金的氧化模式由內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變成外氧化，致使氧化反應(yīng)僅在表面進(jìn)行；又在負(fù)極中增添溶質(zhì)元素Mg與Si,盡管Si含量增大要降低熱電動(dòng)勢(shì)，但可使金屬與氧化物間的鈍化膜更加致密。并因Mg與Si擇優(yōu)氧化形成擴(kuò)散勢(shì)壘，阻止“綠蝕”現(xiàn)象向內(nèi)部擴(kuò)散，抑制進(jìn)一步氧化發(fā)生。對(duì)在1200℃下經(jīng)過1000h的K,N型熱電偶的正極進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察表明，K型熱電偶的氧化層很厚，近1mm,而N型熱電偶卻幾乎看不到氧化膜的成長(zhǎng)。又因K型熱電偶負(fù)極中含有Mn,雖有調(diào)整熱電動(dòng)勢(shì)的作用，但卻極大地影響了它的高溫穩(wěn)定性。為此，N型熱電偶中不再添加Mn。因此，它的高溫穩(wěn)定性與使用壽命較K型熱電偶明顯提高。2、在250?550℃范圍內(nèi)的短期熱循環(huán)穩(wěn)定性好。K型熱電偶在上述溫度范圍內(nèi)循環(huán)使用時(shí)，因其顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成短程有序結(jié)構(gòu)（即所謂的K狀態(tài)），致使其熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定，而N型熱電偶能消除此種短期不穩(wěn)定性。在Ni-Cr二元合金中，Cr含量在5%?30%的范圍內(nèi)，存在著原子晶格結(jié)構(gòu)的有序一無序轉(zhuǎn)變，但在此成分范圍內(nèi)，有一個(gè)很小的區(qū)域，即Cr含量為14%?16%左右時(shí)，例如Cr含量為14.2%的銀銘硅合金，將不因結(jié)構(gòu)上有序一無序的轉(zhuǎn)變而引起熱電動(dòng)勢(shì)值有較大的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證明，無論是經(jīng)退火或時(shí)效的N型熱電偶樣品，在250?550℃范圍內(nèi)的升降溫過程中，熱電動(dòng)勢(shì)的變化不超過10UV。3、在250?550℃范圍內(nèi)抑制了磁性轉(zhuǎn)變，不再出現(xiàn)熱電動(dòng)勢(shì)明顯地不規(guī)則變化。K型熱電偶負(fù)極，約在170℃發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，在Secheck系數(shù)與溫度關(guān)系曲線上有拐點(diǎn)。為此，對(duì)N型熱電偶的負(fù)極合金成分作了很大調(diào)整，基本上不含Mn,Al,Co元素，Si含量也有較大提高，從而抑制了新型合金的磁性轉(zhuǎn)變，使其轉(zhuǎn)變溫度降到室溫以下。因此，N型熱電偶不會(huì)因磁性變化造成熱電動(dòng)勢(shì)值偏離分度表。4、在中子輻照環(huán)境下具有良好的穩(wěn)定性。在中子積分通量小于1020/cm2的條件下，K型熱電偶具有良好的耐輻照能力，而N型熱電偶在K型熱電偶的基礎(chǔ)上，又取消了易蛻變?cè)豈n,Co等，因此，N型教K熱電偶具有更好的耐核輻照的能力。5、在400?1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶熱電特性的線性比K型好。在400?1300℃范圍內(nèi)，N型熱電偶非線性誤差僅占1300℃熱電動(dòng)勢(shì)的0.4%,而K型熱電偶在相同范圍內(nèi)的非線性誤差占1300℃的1.75%,比N型熱電偶大得多。當(dāng)然N型熱電偶與K型熱電偶相比，在低溫范圍內(nèi)（-200?400℃）的非線性誤差較大，同時(shí)材料教硬，難于加工。N型熱電偶絲推薦使用溫度范圍:直徑（mm）長(zhǎng)期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）0.37008000.58009000.81.090010001.21.6100011002.02.5110012003.212001300

E、T、J熱電偶銀銘一康銅熱電偶（分度號(hào)為E）E型熱電偶是一種較新的熱電偶，它的正極為銀銘合金（EP）,負(fù)極為銅銀合金（EN）,1964年被納入美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。它的最大特點(diǎn)是，在常用熱電偶中其熱電動(dòng)勢(shì)率最大，即靈敏度最高。在-200℃時(shí)其熱電動(dòng)勢(shì)率為25uV/℃,至700℃時(shí)為80uV/℃,比K型熱電偶高一倍，較J型熱電偶高20%左右。此種熱電偶的應(yīng)用不如K型廣泛，但在要求靈敏度、熱導(dǎo)率低，可容許大電阻的條件下，常常選用。使用中的限制條件與K型熱電偶相同。它適宜在-250?870℃范圍內(nèi)的氧化或惰性氣氛中使用，尤其適宜在0℃以下使用。而且在濕度大的情況下，較其它熱電偶耐腐蝕。E型熱電偶絲推薦使用溫度范圍:直 徑（mm）長(zhǎng)期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）1.24505501.65506502.05506502.56507503.2750900銅一康銅熱電偶（分度號(hào)為T）T型熱電偶的正極為純銅（TP）,負(fù)極為康銅（TN,銅銀合金）。其主要特點(diǎn)是，在賤金屬熱電偶中它的準(zhǔn)確度最高，熱電極絲的均勻性好。它的使用溫度范圍是-200?350℃。因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時(shí)，一般不超過300℃。在低于-200℃以下使用時(shí)，熱電動(dòng)勢(shì)隨溫度迅速下降，而且銅熱電極的熱導(dǎo)率高，在低溫下易引入誤差。T型熱電偶在工

業(yè)上通常用來測(cè)量300℃以下的溫度。它的分度以前為CK,現(xiàn)為T。T型熱電偶絲推薦使用溫度范圍:直 徑（mm）長(zhǎng)期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）0.21502000.3 0.52002501.02503001.6350400鐵一康銅熱電偶（分度號(hào)為J）」型熱電偶的正極為純鐵（JP），負(fù)極為銅銀合金一康銅（JN）。它的特點(diǎn)是價(jià)格便宜。J型熱電偶既可用于氧化性氣氛（使用溫度上限為750℃），也可用于還原性氣氛（使用溫度上限為950℃），并且耐h2及CO氣體腐蝕，在含碳或鐵的條件下使用也很穩(wěn)定，多用于化工廠。T型熱電偶不能在高溫（540℃）含硫的氣氛中使用，而且，鐵熱電極容易生銹，因此對(duì)電極進(jìn)行防銹處理是很必要的。如果使用溫度超過538℃，鐵極氧化速度很快，因此，在高溫下連續(xù)使用時(shí)，最好選用粗的熱電極絲。食品機(jī)械專用熱電偶（K，手柄式熱電偶（K，E，E，PT100)食品機(jī)械專用熱電偶（K，手柄式熱電偶（K，E，E，PT100)PT100)一體化溫度變送器（K，E，PT100）J型熱電偶絲推薦使用溫度范圍:直徑（mm）長(zhǎng)期使用最高溫度（℃）短期使用最高溫度（℃）0.30.53004000.81.0 1.24005001.62.05006002.53.2600750B,S,R,N,K,W-ReW-Re（鴇錸）熱電偶鴇銖熱電偶是1931年由Goedecke（戈德克）首先研制出來的，在60至70年代得以發(fā)展的最成功的難熔金屬熱電偶。鴇銖熱電偶的特點(diǎn)是：熱電極絲熔點(diǎn)高（3300℃）,蒸氣壓低，極易氧化；在非氧化性氣氛中化學(xué)穩(wěn)定性好。電動(dòng)勢(shì)大，靈敏度高，最主要還是價(jià)格便宜。1、鎢銖熱電偶的分類。我國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鴇銖熱電偶有兩種：A、鴇銖5-鴇銖26,它的正極名義成分為含鴇95%、銖5%,負(fù)極名義成分為含鴇74%、銖26%。分度號(hào)為WRe5-WRe26,簡(jiǎn)寫：W-Re5/26。B、鴇銖3-鴇銖25,它的正極名義成分為含鴇97%、銖3%,負(fù)極名義成分為含鴇75%、銖25%。分度號(hào)為WRe3-WRe25,簡(jiǎn)寫：W-Re3/25。2、鎢銖熱電偶的使用。目前測(cè)量1600℃以上的溫度，多采用非接觸法，但是，該種方法的誤差較大，如用接觸法則能準(zhǔn)確地測(cè)出真實(shí)溫度。在高溫?zé)犭娕贾?，貴金屬熱電偶價(jià)格昂貴且最高溫度也只能在1800℃以下，而鴇銖熱電偶不僅測(cè)溫上限高，而且穩(wěn)定性好，因此，鴇銖熱電偶在冶金、建材、航天、航空及核能等行業(yè)都得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)的鴇資源豐富，鴇銖熱電偶價(jià)格便宜，可以部分取代貴金屬熱電偶，它是高溫測(cè)試領(lǐng)域中很有前途的測(cè)溫材料。3、使用溫度。它的最高使用溫度可達(dá)到2800℃,可是，在高于2300℃時(shí)，數(shù)據(jù)分散。因此，使用溫度最好在2000℃左右。4、使用環(huán)境氣氛。鴇銖熱電偶極易氧化，適于在惰性或干燥氫氣中使用，或用致密的保護(hù)管使其與氧隔絕才能使用。不能用于含碳?xì)夥眨ㄈ缭诤細(xì)浠衔锏臍夥罩惺褂?，溫度超過1000℃即受腐蝕）。鴇或鴇銖在含碳?xì)夥罩腥菀咨煞€(wěn)定的碳化物，以致降低其靈敏度并引起脆斷，在有氫氣存在的情況下，會(huì)加速碳化。5、鎢銖熱電偶抗氧化。該問題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者所關(guān)注的課題，并致力于研究解決。我公司采用了國(guó)際先進(jìn)制做工藝，成功研制開發(fā)了裝配式高溫高壓W-Re熱電偶，該項(xiàng)目1999年已評(píng)為“北京市火炬計(jì)劃項(xiàng)目”項(xiàng)目編號(hào)為99353。該產(chǎn)品的測(cè)溫范圍為0?2000℃,廣泛用于冶金、焦化、