热电偶的类别说明-仪表网-手机版

概念：

把两种不同材质的金属导体，以电气连接，使其产生一密闭回路，当两接点处于不同温度环境时，回路中就会有电流产生流动。我们称此现象为席贝克效应。如果一端（冷接点）持续保持在一定的温度上（通常是0℃），另一端（测量端）置于未知温度，那么该温度就可以根据热起电力值的大小换算出。此两种成对的金属导体，我们称之为热电偶。

热电偶的构造：

普通工业用热电偶通常是由：热电极、绝缘材料、保护管和补偿导线或接线盒等部件组成。其中热电极的一端焊接在一起起感温元件的作用，是热电偶的核心部分。绝缘材料的作用是将两热电极隔离开，防止短路现象。保护管的作用是使热电极和被测介质不直接接触，避免或减少有害介质的侵蚀，火焰和气流的冲刷和辐射，以及机械损伤。此外，保护管还起着固定和支持热电偶感温元件的作用。补偿导线的作用是将热电偶参考端延伸到远离热源和环境温度较稳定的地方，以便于准确的对参考端温度进行修正。接线盒的作用是用来固定连接感温元件与外接导线，它起着保护感温元件免受外界气氛侵蚀，并使外接导线与热电极有良好的接触作用。

测量时参考端保持在恒定的温度（一般是0。C）。产生的EMF值可以由动圈式仪表、数字式温度仪表、自动平衡式显示器仪表、直流电势（为）差计等类型的显示仪表测定。

热电偶的特性：

工业热电偶和其他温度计相比具有如下特性:

1）反应快和时间间隔相对较小。

2）测温范围广，可以在0~2300℃的温度范围内使用。

3）可测特定部位或狭小场所的温度。

4）由于温度是由EMF值反映的，因此对于温度的测量、调节、控制、放大、变换都很容易进行。

5）标准化的热电偶很容易获得，价格比较低廉。

热电偶的分类：

（1）按热电极材料分为；贵金属热电偶、廉金属热电偶、贵-廉金属混合式热电偶、难熔金属热电偶、非金属热电偶。

（2）按使用温度范围来分：高温热电偶、中温热电偶、低温热电偶。

（3）按热电偶的结构类型分：普通热电偶、铠装热电偶、薄膜热电偶、表面热电偶等各种其他热电偶。

（4）按热电偶的用途分：标准热电偶和非标准化热电偶。

（5）按工业标准化情况分：标准化热电偶和非标准化热电偶。

我国常用的标准化热电偶有S、R、B、K、N、E、J、T 8种，它们的分度表分度公式及热电势对分度表的允差都与标准（IEC）相同。钨铼热电偶采用美国试验与材料协会（ASTM）的标准。

实际应用中应注意的问题

由于热电偶的种类很多，所以为实际应用选择合适的热电偶是非常重要的。还有，在保护管的选择、结构和安装方式、腐蚀和振动等方面也应多加考虑。

常用标准化热电偶：

1）S型热电偶（Pt• 10％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）

S型热电偶于1886年由Le Chaier发明，具有很长的历史。它可作为一、二等标准热电偶在由使用温度范围（IPTS）定义的定点銻630.74℃和金1064.43℃温区内进行温度量值传递之间的。实际应用范围和R型热电偶相似。

2）R型热电偶（Pt• 13％Rh/ Pt）（0℃~1600℃）

R型热电偶可以长期持续应用于1400℃以下的氧化性和惰性气体中，短时间应用可以到1600℃。但是，如果没有用陶瓷管或其他保护管保护，它不能应用于真空和金属蒸汽中。

3）B型热电偶（Pt• 30％Rh/ Pt• 6％Rh）（0℃~1700℃）

和其他白金热电偶相比，B型热电偶由于含有更多的金属铑所以具有很好的熔点和很强的机械强度。它可以持续应用在1600℃以下的氧化性和中性气体中，即使是在真空中也比其他白金热电偶使用时间长。它特别应用于高温下长时间的测量。

4）K型热电偶（Chromel/Alumel）（-200℃~1250℃）

K型热电偶于1906年由美国Hoskins公司的Mr.A.L.Marsh发明。而后经多次改进。因为它的特性，该型号是目前应用zui多zui广的热电偶。可以在1260℃以下的氧化性和惰性气体中使用。

当露点温度在-42℃以下时，K型热电偶可以用于氢气和裂化氨气中。但是要有特殊保护它才能应用于还原型、选择性氧化和还原型、含硫或绿蚀性气氛中。

通过使用直径大的保护管或通风的保护管增加氧分压，从而可以使绿蚀现象减轻。

5）E型热电偶（Chromel/Constantan）（-200℃~900℃）

E型热电偶在工业热电偶中有zui高的EMF性征。该型热电偶于1964年被ANSI采用，于1974年被JIS采用。它满足了迅速增长的需求量并广泛应用在广大的领域甚至是热核反应上。它可以在750℃以下的温度环境中持续使用。实际应用时，需要有和K型热电偶相似的注意点。由于E型热电偶在普通金属热电偶中有zui高的热阻系数所以与该型热电偶配套使用的显示装置也要仔细选择。

6）J型热电偶（Iron/Constantan）（0℃~750℃）

J型热电偶的EMF值仅次于E型热电偶。主要用于750℃以下的还原性、惰性、氧化性、真空等环境中。由于该型热电偶的价格相对较便宜，所以应用广泛。但是，它不能用于538℃以上的含硫气氛中。因为在该种环境下，正极的铁会被腐蚀。所以低温范围内的测量J型热电偶使用比K型要少。

7）T型热电偶（Copper/Constantan）（-200℃~350℃）

T型热电偶具有良好的抗潮湿性适合用于400℃以下的真空、氧化性、还原性或者惰性气体中。因为它具有稳定精密的EMF性征，故广泛应用在实验室中。

8）N型热电偶（Nicrosil/Nisil）（0℃~1300℃）

这种新型的84Ni-14.2Cr-1.4Si和95.5Ni-4.4Si-0.1Mg的结合物zui初是由澳大利亚*材料研究实验室研制的。此后，NBS、ASTM和其他的研究机构都对该型热电偶进行了改进。在600-1250℃的高温环境下，N型热电偶显示出比K型热电偶更优良的稳定性和更高的抗氧化性。由于调整了铬的含量并又加入了硅和镁，它在“短程有序化”的区域内具有更小的e.m.f变化并有抗“绿蚀”性。与K型热电偶相比，1000℃以上的热电势率只有它的1/2甚至是1/3，所以，N型热电偶适用在1000-1200℃的氧化性气氛中。

标准热电偶的阻抗

执行标准：JIS C1602-1981

单位：?/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：上表中数值为0℃时正负极之间的阻抗

短期使用和长期使用温度界限

热电偶规格：

材质符号	正负极	主要材质	素线径（mm）	电阻	一般操作温度	zui大操作温度
W5	+ -	钨·铼5％钨·铼26％	0.25 0.50	9.96 2.49	2000	2300
W3	+ -	钨·铼3％钨·铼25％	0.25 0.50	8.23 2.05	2000	2300
B	+ -	白金·铑30％白金·铑6％	0.50	1.75	1500	1700
R	+ -	白金·铑13％白金	0.50	1.47	1400	1600
S	+ -	白金·铑10％白金	0.50	1.43	1400	1600
K	+ -	镍铬合金镍硅合金	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	+ -	镍铬合金铜镍合金	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	+ -	铁铜镍合金	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	+ -	铜铜镍合金	0.32 0.65 1.00 1.60	6.17 1.50 0.63 0.25	200 200 250 300	250 300 300 350

热电偶读数精度等级执行标准：JIS C1602-1981

IEC-Pub584-2

型号	对应的日本旧型号	温度范围	等级	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

热电偶正负极材质

型号	旧的日本型号	正负极材质
型号	旧的日本型号	正极	负极
B	-----	70％白金*30％铑	94％白金*6％铑
R	PR	87％白金*13％铑	100％白金
S	-----	90％白金*10％铑	100％白金
K	CA	镍铬合金（90％镍*10％铬）	镍硅合金（95％镍2％锰2％铝）
E	CRC	镍铬合金（90％镍*10％铬）	铜镍合金（55％铜*45％镍）
J	IC	99.5％铁	铜镍合金（55％铜*45％镍）
T	CC	100％铜	铜镍合金（55％铜*45％镍）
N	-----	镍铬硅铸铁（84％镍14.2％铬1.45％硅）	镍硅（95％镍4.4％硅0.15镁）

注：1）由于正极铑的含量不同，旧型号PR和新型号R并不是*统一。

2）K型和E型所用的镍铬合金和镍硅合金是美国Hoskins Mfg公司的注册商标产品。

热电偶的检测：

1）外观和结构检测：主要检查影响热电偶性能和使用寿命的外观缺陷。如接点、焊点、商标等。

2）尺寸检测：除非特别，所有的尺寸检测都要依下表进行。

非铠装型

铠装型

标称长度	精度
1000mm以下	±3.0mm
1000-2000mm	±5.0mm
2000mm以上	±7.0mm

标称长度	精度
250mm以下	±3.0mm
250-1000mm	±5.0mm
1000mm以上	±1.0％mm

标称外径（mm）	外径（mm）		铠装厚度（mm）		素线径（mm）
标称外径（mm）	精度	标准	标准	精度	标准	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）光电阻抗检测：执行标准：JIS C1602-1981

单位：?/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：上表中为0℃时正负极之间的阻抗

4）标准：

国家	标准	K	E	J	T	N
日本	JIS	C1602;C1605	C1602;C1605	C1602;C1605	C1602;C1605	----
美国	ANSI	MC96.1	MC96.1	MC96.1	MC96.1	NIST Monograph 161
美国	ASTM	E230	E230	E230	E230	----
英国	BS	4937-4	4937-6	4937-3	4937-5	----
德国	DIN	43710	----	43710	43710	----
法国	NF	E18-001	----	E18-001	E18-001	----
校准温度（℃）		315,482,677	315,482,677	315,482,677	315,482,677	315,482,677

5）EMF校准测试：

EMF值校准测试使用比较法和定点测量法。铠装热电偶的EMF测试是在整百温度点上进行的。-50℃-1000℃范围内的比较法和纯金属（银，铜，铝，钡，锌等）定点法都在广泛使用。

金属	凝固点（℃）ITS-90	精度（℃）
铟（In）	156.5985	*
锡（Sn）	231.928	±0.01
镉（Cd）	321.069	*
锌（Zn）	419.527	±0.001
锑（Sb）	630.63	*
铝（Al）	660.323	±0.2
银（Ag）	961.78	*
铜（Cu）	1084.62	±0.5

注：根据使用金属的纯度不同，精度也会有一些不同。

1）绝缘阻抗测试：

热电极和铠装管之间的绝缘阻抗是在室温下，使用DC 250V 或者500V兆欧计测量。

热电偶类型	电压	绝缘阻抗
非铠装型	DC 500V	大于5 MΩ
外径2.0mm以下铠装型	DC 100V	大于5 MΩ
外径2.0mm以上铠装型	DC 500V	大于5 MΩ

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