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热电偶的原理与结构
- 2019-04-01-

热电偶是工业中最常用的温度传感元件之一。优点是:


1测量精度高。由于热电偶与被测对象直接接触,所以不受中间介质的影响。


2测量范围广。常用热电偶可连续测量-50~+1600°C,一些特殊热电偶可测量-269°C(如金铁镍铬),高达+2800℃(如钨铋)。


3结构简单,使用方便。热电偶通常由两根不同的电线组成,不受尺寸和开口的限制。它们有保护套,使用非常方便。


1.热电偶测温的基本原理


将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接在一起形成一个闭环。当导体A和B的两个附着点1和2之间存在温差时,在两者之间产生一个电动势,从而在环路中形成一个大小的电流。这种现象称为热电效应。热电偶利用这种效应起作用。


2.热电偶类型与结构形成


(1)热电偶类型


常用的热电偶可分为两类:标准热电偶和非标准热电偶.标准热电偶是指国家标准规定的热电电势与温度的关系、允许误差和统一的标准索引表的热电偶。它有一个与它兼容的显示仪器。非标准化热电偶在使用或数量级上不如标准热电偶好。通常,没有统一的索引表,它主要用于某些特殊场合的测量。


1988年1月1日以来,中国的热电偶和热敏电阻全部按照IEC国际标准生产,七种标准热电偶S、B、E、K、R、J和T(或标引号)被指定为中国标准热电偶。


(2)热电偶的结构,为保证热电偶的可靠稳定运行,其结构要求如下:


1组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固;

2两个热电极之间应保持良好的绝缘性,以防止短路;

3补偿线与热电偶自由端的连接应方便可靠;

4保护套应确保热电极与有害介质充分隔离。


3.热电偶冷结的温度补偿


由于热电偶材料通常比较昂贵(特别是在使用贵金属时),而且测温点离仪表很远,为了节省热电偶材料和降低成本,通常采用补偿线来冷却热电偶的冷端(自由端延伸到相对稳定的温度控制室并连接到仪表终端)。必须指出的是,热电偶补偿线的作用只延伸了热电极,使热电偶的冷端移动到控制室的仪表终端,其本身并没有消除冷端温度变化对测温的影响,不进行补偿。因此,需要其它的校正方法来补偿0≠0°C的冷结温度对温度测量的影响。


在使用热电偶补偿线时,必须注意模型匹配,极性不能不正确地连接,补偿线与热电偶连接端之间的温度不能超过100°C。


例如:s型热电偶)铂铱10铂热电偶


铂铑10-铂热电偶(S型热电偶)是贵金属热电偶.灯丝直径为0.5mm,允许偏差为-0.02mm,正极(SP)的名义化学成分为铂铑合金,钇为10%,铂为90%,负极(SN)为纯铂。通常称为单一铂铑热电偶。热电偶的长期最高工作温度为1300℃,短期最高工作温度为1600℃。


在热电偶系列中,S型热电偶具有精度高、稳定性好、温度范围宽、使用寿命长等优点。具有良好的理化性能、良好的热电稳定性和高温抗氧化性。适用于氧化和惰性气氛。由于S型热电偶综合性能优良,符合国际上使用的具有温标的S型热电偶,长期以来一直被用作国际温标的插补仪器。虽然“ITS-90”规定,它将不再用作国际温标的内部检查工具。然而,国际温度咨询委员会(CCT)认为,S型热电偶仍然可以用来作为国际温标的等级。


S型热电偶的不足是热电势小,灵敏度低,高温下的机械强度降低,污染敏感,贵金属材料昂贵,一次性投资大。

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