熱電偶的種類及基本構(gòu)造
一、熱電偶種類:
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。
所謂標(biāo)準(zhǔn)熱電偶是指國家標(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。
二、熱電偶的基本構(gòu)造:
工業(yè)測溫用的熱電偶,其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。
常用熱電偶絲材及其性能:
1、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S,也稱為單鉑銠熱電偶該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金,負(fù)極為純鉑;它的特點(diǎn)是:
(1)熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達(dá)1300℃,超達(dá)1400℃時,即使在空氣中、純鉑絲也將會再結(jié)晶,使晶粒粗大而斷裂;
(2)精度高,它是在所有熱電偶中,準(zhǔn)確度等級zui高的,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高的溫度;
(3)使用范圍較廣,均勻性及互換性好;
(4)主要缺點(diǎn)有:微分熱電勢較小,因而靈敏度較低;價格較貴,機(jī)械強(qiáng)度低,不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。
2、鉑銠13-鉑熱電偶(分度號為R,也稱為單鉑銠熱電偶)
該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金,負(fù)極為純鉑,同S型相比,它的電勢率大15%左右,其它性能幾乎相同,該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界,作為高溫?zé)犭娕加玫脄ui多,而在中國,則用得較少;
3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為B,也稱為雙鉑銠熱電偶)
該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金,負(fù)極為含銠6%的鉑銠合金,在室溫下,其熱電勢很小,故在測量時一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線,可忽略冷端溫度變化的影響;長期使用溫度為1600℃,短期為1800℃,因熱電勢較小,故需配用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,也可以在真空氣氛中的短期使用;即使在還原氣氛下,其壽命也是R或S型的10~20倍;由于其電極均由鉑銠合金制成,故不存在鉑銠-鉑熱電偶負(fù)極上所有的缺點(diǎn)、在高溫時很少有大結(jié)晶化的趨勢,且具有較大的機(jī)械強(qiáng)度;同時由于它對于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少,因此經(jīng)過長期使用后其熱電勢變化并不嚴(yán)重、缺點(diǎn)價格昂貴(相對于單鉑銠而言)。
4、鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶(分度號為K)
該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金,負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金(有些國家的產(chǎn)品負(fù)極為純鎳)??蓽y量0~1300℃的介質(zhì)溫度,適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用,短期使用溫度為1200℃,長期使用溫度為1000℃,其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性,價格便宜,是目前用量zui大的熱電偶。
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、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用;當(dāng)氧分壓較低時,鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化,使熱電勢發(fā)生很大變化,但金屬氣體對其影響較小,因此,多采用金屬制保護(hù)管。
K型熱電偶的缺點(diǎn):
(1)熱電勢的高溫穩(wěn)定性較N型熱電偶及貴重金屬熱電偶差,在較高溫度下(例如超過1000℃)往往因氧化而損壞;
(2)在250~500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好,即在同一溫度點(diǎn),在升溫降溫過程中,其熱電勢示值不一樣,其差值可達(dá)2~3℃;
(3)其負(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,尤其是在磁場中使用時往往出現(xiàn)與時間無關(guān)的熱電勢干擾;
(4)長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下,由于負(fù)極中的錳(Mn)、鈷(Co)等元素發(fā)生蛻變,使其穩(wěn)定性欠佳,致使熱電勢發(fā)生較大變化。
5、鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(分度號為N)
該熱電偶的主要特點(diǎn)是:在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng),長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好,耐核輻射及耐低溫性能好,另外,在400~1300℃范圍內(nèi),N型熱電偶的熱電特性的線性比K型偶要好;但在低溫范圍內(nèi)(-200~400℃)的非線性誤差較大,同時,材料較硬難于加工。
6、銅-銅鎳熱電偶(分度號為T)
T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅,負(fù)極為銅鎳合金(也稱康銅),其主要特點(diǎn)是:在賤金屬熱電偶中,它的準(zhǔn)確度zui高、熱電極的均勻性好;它的使用溫度是-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,一般不能超過300℃,在-200~300℃范圍內(nèi),它們靈敏度比較高,銅-康銅熱電偶還有一個特點(diǎn)是價格便宜,是常用幾種定型產(chǎn)品中*的一種。
7、鐵-康銅熱電偶(分度號為J)
J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵,負(fù)極為康銅(銅鎳合金),具特點(diǎn)是價格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中,溫度范圍從-200~800℃,但常用溫度只是500℃以下,因?yàn)槌^這個溫度后,鐵熱電極的氧化速率加快,如采用粗線徑的絲材,尚可在高溫中使用且有較長的壽命;該熱電偶能耐氫氣(H2)及一氧化碳(CO)氣體腐蝕,但不能在高溫(例如500℃)含硫(S)的氣氛中使用。
8、鎳鉻-銅鎳(康銅)熱電偶(分度號為E)
E型熱電偶是一種較新的產(chǎn)品,它的正極是鎳鉻合金,負(fù)極是銅鎳合金(康銅),其zui大特點(diǎn)是在常用的熱電偶中,其熱電勢zui大,即靈敏度zui高;它的應(yīng)用范圍雖不及K型偶廣泛,但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下,常常被選用;使用中的限制條件與K型相同,但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。