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热电偶测温仪【热电偶测温仪】热电偶感测器是目前接触式测温中套用最广的热电式感测器，在工业用温度感测器中占有及其重要的地位 。它结构简单、製造方便、测温範围宽、热惯性小、準确度高、输出信号便于远传 。
基本介绍中文名：热电偶测温仪
热电偶工作原理热电偶是利用物理学中的赛贝克效应製成的温敏感测器 。当两种不同的导体A和B组成闭合迴路时，就构成了一个热电偶 。如图1.1
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温度T端为感温部分，称为热端；温度T0为连线仪表部分，称为冷端 。当热端温度T和冷端温度T0不同时，在迴路中就产生热电势EAB（T, T0 ）,这种显现称为热电效应，这个电动势通常称为热电势 。热电式的大小与T和T0之差（称为温差）的大小有关 。由热电偶迴路热电势的分布理论可知，热电偶的热电势仅仅是热电偶两端温度T和T0的函式之差，即：EAB (T, T0)= EAB（T）- EAB（T0）式（1.1）也就是说，热电偶的热电势等于热端与冷端温度T和T0所引起的电势差 。实际测温中，冷端所对应的热电势要随冷端温度（环境温度）的变化而变化 。要保证冷端温度恆定是十分困难的，在一定程度上，测量精度取决于冷端温度的影响 。只有当热电偶冷端温度保持不变，热电动势才是被测温度的但只函式 。标準中规定结点的热电动势为0℃时的热电动势 。由式（1.1）可知，如果当T=0时可得：EAB（T0） = EAB（0）- EAB (0, T0)式（1.2）又当T0=0时可得：EAB（T） = EAB（T,0）- EAB (0)式（1.3）把式（1.2）和式（1.3）带入式（1.1）式得：EAB（T，0）= EAB（T,T0）+EAB (T0,0) 式（1.4）在式（1.4）中，EAB（T，0）是冷端温度为0℃，热端温度为T时的热电势，此值就是成品热电偶给定的分度表值；EAB（T,T0）是热端温度为T，冷端温度为T0时的热电势，也就是实际测量到的热电势值；EAB (T0,0)是假定冷端温度为0℃，和实际冷端温度为T0时得到的热电势，在实测中，用集成测温感测器AD590测量T0，然后从对应热电偶的分度表中自动查出所对应的热电势EAB (T0,0)，这是第一次查表求出的值，也就是冷端温度补偿所对应的热电势值 。通过单片机把实测到的EAB（T,T0）值与冷端温度补偿EAB (T0,0)值代数相加，就可得到冷端温度为0℃，热端温度为T时的热电势EAB (T0,0)值，再从分度表中自动查得对应于EAB (T0,0)的温度值，这既是第二次查表求出的值，这个值就是热锻偶热端所得的实际温度 。在实际生产中，热电偶热端（测量端）与冷端相距很远，冷端又暴露于空气当中，易受环境温度的影响，因而冷端温度很难保持恆定 。为此需要把冷端延伸并进行温度补偿 。热电偶分类S型热电偶：铂铑10-铂热电偶 铂铑10-铂热电偶（S型热电偶）为贵金属热电偶 。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（SP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10%，含铂为90%，负极（SN）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶 。该热电偶长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃ 。S型热电偶在热电偶系列中具有準确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点 。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中 。由于S型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的S型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ITS-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度谘询委员会（CCT）认为S型热电偶仍可用于近似实现国际温标 。S型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大 。（R型热电偶）铂铑13-铂热电偶 铂铑13-铂热电偶R型热电偶：为贵金属热电偶 。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（RP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13%，含铂为87%，负极（RN）为纯铂，长期最高使用温度为1300℃，短期最高使用温度为1600℃ 。R型热电偶在热电偶系列中具有準确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点 。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中 。由于R型热电偶的综合性能与S型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所套用外，国内测温很少採用 。1967年至1971年间，英国NPL，美国NBS和加拿大NRC三大研究机构进行了一项合作研究，其结果表明，R型热电偶的稳定性和复现性比S型热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究 。R型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大 。（B型热电偶）铂铑30-铂铑6热电偶 铂铑30-铂铑6热电偶B型热电偶：为贵金属热电偶 。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶 。该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃ 。B型热电偶在热电偶系列中具有準确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点 。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中 。B型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃範围内热电势小于3μV 。B型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大 。K型热电偶：镍铬-镍硅热电偶 镍铬-镍硅热电偶（K型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和 。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=90：10，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=97：3，其使用温度为-200~1300℃ 。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中 。广泛为用户所採用 。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中 。N型热电偶：镍铬硅-镍硅热电偶 镍铬硅-镍硅热电偶（N型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标準化的热电偶，是在70年代初由澳大利亚国防部实验室研製成功的它克服了K型热电偶的两个重要缺点：K型热电偶在300~500℃间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在800℃左右由于镍铬合金髮生择优氧化引起的热电动势不稳定 。正极（NP）的名义化学成分为：Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4，负极（NN）的名义化学成分为：Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1，其使用温度为-200~1300℃ 。N型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点,其综合性能优于K型热电偶,是一种很有发展前途的热电偶. N型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中 。（E型热电偶）镍铬-铜镍热电偶 镍铬-铜镍热电偶E型热电偶：又称镍铬-康铜热电偶，也是一种廉金属的热电偶，正极（EP）为：镍铬10合金，化学成分与KP相同，负极（EN）为铜镍合金，名义化学成分为：55%的铜，45%的镍以及少量的锰，钴，铁等元素 。该热电偶的使用温度为-200~900℃ 。E型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜製成热电堆，测量微小的温度变化 。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境 。E热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜-康铜，铁-康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户採用 。E型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差 。J型热电偶：铁-铜镍热电偶 铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶 。它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，儘管它叫康铜，但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换 。铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~1200℃，但通常使用的温度範围为0~750℃ J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,广为用户所採用 。J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中 。T型热电偶：铜-铜镍热电偶 铜-铜镍热电偶（T型热电偶）又称铜-康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶 。它的正极（TP）是纯铜，负极（TN）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬-康铜的康铜EN通用，与铁-康铜的康铜JN不能通用，儘管它们都叫康铜，铜-铜镍热电偶的盖测量温区为-200~350℃ 。T型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,特别在-200~0℃温区内使用，稳定性更好，年稳定性可小于±3μV，经低温检定可作为二等标準进行低温量值传递 。T型热电偶的正极铜在高温下抗氧化性能差，故使用温度上限受到限制 。K型热电偶市场套用最多、测量範围最广的是K型热电偶 。K型热电偶概述：K型热电偶作为一种温度感测器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用 。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃範围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度 。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成 。镍铬-偶(K型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和 。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm 。正极(KP)的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极(KN)的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃ 。K型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中广泛为用户所採用 。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛 。K型热电偶热回响时间的测量测量K型热电偶的热回响时间实际上是比较複杂的，不同的试验条件会产生不同的测量结果，这是由于受周围介质的换热率影响，换热率高，则热回响时间就短 。为了使热电偶的热回响时间具有可比性，国家标準规定：热回响时间应在专用水流试验装置上进行 。该装置的水流速度应保持0.4±0.05m/s，初始温度在5-45℃的範围内，温度阶跃值为40-50℃ 。在试验过程中，水的温度变化应不大于温度阶跃值的±1% 。被试热电偶的置入深度为150mm或设计的置入深度 。由于热电偶在室温附近热电势很小，热回响时间不容易测出，因此国家标準规定可採用同规格的K型热电偶的热电极组件替换其自身的热电极组件，然后进行试验 。试验时应记录热电偶的输出变化至相当于温度阶跃变化50%的时间T0.5，必要时可记录变化10%的热回响时间T0.1和变化90%的热回响时间T0.9 。所记录的热回响时间，应是同一试验至少三次测试结果的平均值，每次测量结果对于平均值的偏离应在±10%以内 。此外，形成温度阶跃变化所需的时间不应超过被测试热电偶的T0.5的十分之一 。记录仪器或仪表的回响时间不应超过被试热电偶的T0.5的十分之一 。