10.3 热电偶常用材料在线视频

在工程上所使用的各种类型的热电偶

均把在温度T下的热电势

和温度关系制成易于查找的表格

那么这种表格呢为热电偶的分度表

同时呢把冷端温度呢

设定为0℃

那么我们看一下常用的热电偶材料

那么两种材料所组成的热电偶

应输出较大的热电势

以得到较高的灵敏度

且要求呢热电势和温度之间呢

尽可能呈线性的函数关系

第二呢是能应用于较宽的温度范围

物理化学性能 热电特性较为稳定

及要求有较好的耐热性

抗氧化性

抗还原性

抗腐蚀性

那么第三呢是要求热电偶材料呢

有高导电率和低电阻温度系数

那么高导电率呢

我们就是希望呢

它呢里面的阻值小

因为如果里面有电流呢

我们知道它会产生焦耳热

如果它的电阻值很大呢

会使得这个测量电路呢会发热

这样的话会影响测量的效果

第四呢是要具有较好的工艺性能

便于成批的生产

具有满意的复现性

便于采用统一的分度表

那么我们来看一下热电偶的材料

那么之前呢我们也介绍了有不同的热电偶

那么我们常用的热电偶呢是这样几种

它们分别有呢自己的分度号

有B型

E型

J型

K型

R型

S型

T型

那么这几种热电偶呢

它都有自己的温度测温范围

而且呢每一个热电偶呢

它的热电偶的热电极呢

也是不同的

我们看一下它的热电势

S型呢

那么它的测量端温度呢为1300℃

参考端温度为零时呢

它的热电势为13.155毫伏

我们看一下它们的温差那么大

那么它产生的热电势呢只有13.155毫伏

大家可以计算一下

那么它每变化一度

它的热电势为多少

所以呢每变化一度

它的热电势是非常小的

那么我们再来看其他的热电偶

它的测量的热电势

基本上都在几十毫伏

它们的测温范围不同

我们看一下

因此呢

热电偶它的测温的热电势是非常小的

这也使得呢

它的测量精度受到了影响

如果想提高它的测温的精度

那么你的仪器仪表的精度必须提高

因为它必须能分辨非常小的热电势的变化

首先呢我们来看一下S型的热电偶

那么它的正极呢是铂铑合金

其成分呢为90%的铂

与10%的铑

负极呢是由纯铂制成的

那么它的工作范围呢

是在零度到1300度之间

短时间呢它可以测温到达1600℃

它常用的金属丝的直径呢

为0.35到0.5个毫米

因此可以说S型的热电偶呢

是可以测量高温的

而且呢这种电偶呢是比较贵的

因为我们知道铂呢

这种金属呢是一种贵金属

它的优点是复现性好

精度高

一般呢可用于精密测量

或者作为国际温标中的基准热电偶

物理化学性能呢比较稳定

适宜在氧化或者中性气氛中呢使用

缺点是呢热电势比较弱

之前我们也知道它在零到1300℃里面呢

它的热电势呢是几十毫伏

那么灵敏度呢是较低的

我们也知道铂呢比较贵

所以价格比较昂贵

那么在高温还原介质中呢

容易被侵蚀或者污染而变质

那么这是它的分度表

冷端温度呢为0℃

我们再看这个表呢

横坐标呢是温度

纵坐标呢也是温度

那么整个表格里呢

是热电势

如果查取110度

那么我们从纵坐标呢先找到一百度

然后再从横坐标呢找到十度

那么它的交叉点

就是110度所对应的热电势

同时呢我们也可以通过热电势呢

来反推温度

那么整个的分度表里呢

只是给了整的温度值

那比如说我要测了是115怎么办

或者是115.5℃怎么办

这时候中间值需要通过线性差值

然后来进行求取

那么我们再看一下K型的热电偶

它是镍铬/镍硅热电偶

正极为镍铬

负极为镍硅

它可以长时间呢在1000℃以下的温度工作

短期呢可以达到1300℃

因此呢它的测量温度呢

也是比较高的

而且它的测量范围很宽

金属丝的直径呢范围也比较大

一般为呢0.5到3个毫米

这种热电偶它的优点呢

是化学稳定性好

灵敏度呢比较高

复现性好

热电特性呢

线性度好

而且呢价格比较低廉

在工业中和实验室中呢

大量的采用

缺点呢

是在还原介质中呢

或者含有硫化物的气氛中呢

容易被侵蚀

所以这种气氛环境中呢

K型热电偶呢

必须有保护套才能进行测量

这是它的分度表

查取的时候呢

与前面的热电偶呢是一样的

我们再看一下T型热电偶

T型热电偶呢

是铜/康铜热电偶

正极呢为铜

负极呢为康铜

它的测温范围呢就要小很多了

是负200℃到300℃

短期呢可以达到400℃

常用的热电偶丝呢

直径为0.2到1.6个毫米

它适用于较低温度的测量

而且呢测量精度呢是比较高的

那么我们看到热电偶丝呢

这里面呢都是常用的一些直径

那可不可以更低呢

可以的

那么现在呢

热电偶丝呢

可以达到0.1个毫米以下

甚至呢是达到0.08

甚至0.05毫米这样一个范围

这样的话它的测温的精度呢会更高

我们再看D型热电偶

那么它是两种铂铑合金组成的

这是一种贵金属的热电偶

又称为双铂铑热电偶

其显著的特点呢

是测温的上限比较高

长时间呢可以在1600℃工作

短时间呢可以达到1800℃

测量的精度比较高

热电偶丝的直径为0.3到0.5毫米

但是呢灵敏度较低

价格比较昂贵

因为这里面呢用到了贵金属

由于这种热电偶呢在80℃以下呢

热电势只有15毫伏

所以呢它不需要考虑

冷端温度对测量的影响

下面呢我们看一下热电偶的结构

图里面呢给出的是铠装型热电偶

它呢是有保护套

那么它的结构也很简单

有接线盒

保护套管

绝缘套管

热电偶丝

那么我们看到热电偶丝呢

有效的部分呢

只是在端部

因此在测量的时候特别要注意

要把这个有效的部位

放到你被测的这个物体的部分

所以呢一定要注意测量的时候

什么地方是有效的部位

还有一种热电偶呢叫薄膜式热电偶

它是由两种金属薄膜制成的

一种特殊结构的热电偶

采用真空蒸镀或化学涂层等制造工艺

将两种热电偶材料呢

蒸镀到绝缘基板上

形成薄膜状的热电偶

它的热端接点呢 小且薄

约为0.01到0.1微米

那么它适用于呢

是壁面温度的快速测量

且响应速度快

它的时间常数呢可达到微秒级

因而呢可测瞬态的表面温度

它的热电极呢有镍铬－镍硅

铜－康铜这种热电偶

测温范围呢一般在300℃以下

那么它的基板尺寸呢

为60毫米乘60毫米乘0.2毫米

大家看一下

它的结构也是比较简单的

那么我们在前面知道热电偶测温的原理呢

它涉及到两个温度

一个是工作端温度

一个是冷端温度

当冷端温度恒定的时候呢

测量的热电势呢

只是与工作温度有关系

再制成分度表的时候呢

我们通常都把冷端温度呢

设为0℃

所以在测量的时候也一定要注意

在测量过程中

冷端一定要保持0℃

那么怎么来保持这个冷端呢

最简单的方法

就是冰浴法

这是一种精度比较高的处理办法

那么它可以使呢

冷端温度T_0稳定在0℃

实施的办法也很简单

也就是将冰水混合物放在保温瓶中

再把细玻璃试管插入冰水混合物中

试管底部呢

注入适量的油类或者水银

让它具有很好的导热性能

热电偶的冷端呢插入到试管底部

这样呢就实现了冷端为0℃的要求

大家看一下这个图

就很容易的知道怎么来做了

非常的简单

那么第二种方法呢

是理论修正法

热电偶的分度呢

我们都知道是要求

冷端是要保持0℃的

但是在实际使用条件下

若冷端温度不能保持0℃

则所测得的热电势

为相对于T_0温度下的热电势

也就是E_AB(t,t_0)

若能将热电势冷端

置于已知的恒温条件下

得到稳定的温度

则根据中间温度定律

则可以得到被测温度的实际值

也就是说它除了有t到t_0的热电势

还要加上t_0到0这一部分的热电势

才是t到0

这样的总的热电势

否则的话

如果单纯的用t到t_0的热电势

来进行温度的推算

那么它的温度是不准确的

所以必须补上t到t_0这部分的热电势

那么第三种方法是利用的冷端补偿器法

它通过一个线路来进行温度补偿

我们看一下这个图

这个线路呢也很简单

实际上呢是一个桥路

有四个电阻

那R_1 R_2 R_3

采用的是锰铜丝无感绕制

其电阻呢是与温度没有关系的

它的阻值呢不随温度变化

R_1等于R_2

等于 R_3等于1欧姆

桥臂上的电阻R_4

用铜丝无感绕制

当在平衡点温度时呢

R_4等于1个欧姆

那么这时候平衡点的温度

可以设置为0℃或者20℃

那么R_g呢为限流电阻

为了配置不同分度号的热电偶时呢

作为调整补偿器供电流之用

桥路供电电压呢为直流电压

当温度不同于平衡点温度时

比如大于0℃或者是大于20℃时呢

R_4呢它的阻值就发生变化

发生变化时候

这时候桥路里面呢就会有电流输出

会产生一个电压

然后补偿给AB的热电偶

它的所得到的电压

最终呢实现补偿

那么这个是补偿器它的补偿的原理

那么这个是冷端补偿器它的形状

这个补偿期的好处呢

是不需要通过人工来进行补偿

我们只要把补偿器介入到线路里面

然后就可以了

但是它有一个缺点是什么呢

当我们测量的点非常多的时候

也就是说很多的热电偶

40甚至50

那么每一个热电偶上

都要接一个冷端补偿器

这使得整个的造价会非常高

所以冷端补偿器它也有优点

也有缺点

另外一种呢是补偿导线法

那么补偿导线法呢

实际上并不能实现这个冷端补偿

只是呢它可以将热电偶进行延长

由原先现场不能用冰浴法

那么通过延长把导线放到冰桶中

来实现冷端补偿

热电偶丝非常贵的时候

我们可以采用这种导线来代替热电偶丝

作为热电偶丝的延长

补偿导线的热电特性呢

在零到100℃范围内呢

与所取代的热电偶丝的热电特性呢

基本一致

且电阻率比较低

价格比主热电偶丝便宜

它实际上就是对热电偶丝的一种延长

使得线路能够延长到可以使用冰桶的地方

或者是冷端进行温度恒定的地方

整个回路的总电势

那么就是由这四部分进行累加

其中E_AA’(t_0)等于0

E_BB’(t_0)等于0

所以最后根据中间温度定律

那么它就是这样的两部分组成

常用的补偿导线型号呢

有SC KC KX EX JX TX组成

其中第一个字母与配用的

热电偶的分度号是相对应的

字母X呢表示延伸型

那么字母C呢表示补偿型

那么我们看一下

不同的热电偶它所对应的补偿导线

那么正极和负极它是有规定的

而且颜色呢也是有规定的