1.热电偶材料
由热电效应可知,任意两种导体〔或半导体〕都可配成热电偶,但作为实用的测温元件,用做热电极的材料应具备如下几方面的条件:
热电性能稳定。热电势与温度的对应关系不会变动,有较好的均匀性和复现性,便于大批生产和互换。 化学性能稳定,成分均匀。不易在工作环境下氧化或〔复原〕和腐蚀,不产生蒸发现象。
有足够的灵敏度。热电势随温度的变化率足够大。
热电势和温度是单值关系,最好为线性或者简单函数关系。
电阻温度系数小,电阻率低。
测量范围广。要求在规定的温度测量范围内具有较高的测量精确度。
热电偶校验装置材料机械性能好,材料均匀。
满足上述条件的热电偶材料并不多。一般来说,纯金属的容易复制,但是其热电势较小,平均为2021V/°C。非金属材料的热电势较大,可达100 µV/°C。但是复制性、稳定性、机械性能差因此使用受到很大限制。合金材料介于两者之间。因而要根据具体情况采用不同材料。目前,我国大量生产和使用的是性能符合专业标准或国家标准并具有统一分度表的标准热电偶。 2.热电偶种类
〔1〕标准型热电偶
所谓标准型热电偶是指制造工艺比拟成熟、应用广泛、能成批生产、性能优良而稳定并已列入工业标准化文件中的热电偶。由于标准化文件对同一型号的标准型热电偶规定了统一的热电极材料及其化学成分、热电性质和允许偏差,故同一型号的标准型热电偶互换性好,具有统一的分度表,并有与其配套的显示仪表可供选用。国际电工委员会〔IEC〕1975年向世界各国推荐了R、S、B、E、K、J、T等7种标准型热电偶。我国从1988年1月1日起,热电偶全部按IEC国际标准生产,如表所示。在热电偶的名称中,正极写在前面,负极写在后面。
表 热电偶特性表
名 称 | 分度号 | 代 号 | 测温范围 〔℃〕 | 100℃时的热电动势 〔mV〕 | 特 点 |
铂铑13-铂 | R | — | -50~1768 | | 使用上限较高,精度高,性能稳定,复现性好;但热电动势较小,不能在金属和复原性气体中使用,在高温下使用特性会逐渐变坏,价昂贵;多用于精密测量 |
铂铑10-铂 | S | WR | | | |
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m;用贵重金属做成的偶丝,直径一般为~ mm。偶丝的长度由工作端插入在被测介质中的深度来决定,通常为300~2 000 mm,常用的长度为350 mm。
② 绝缘管:又称绝缘子,是用于防止热电极之间及热电极与保护套之间互相短路而进行绝
缘保护的零件。形状一般为圆形或椭圆形,中间开有2个、4个或6个孔,偶丝穿孔而过。材料为黏土质、高铝质、刚玉质等,材料选用视使用的热电偶而定。
③ 保护套管:保护套管是用于保护热电偶感温元件免受被测介质化学腐蚀和机械损伤的装置,形状一般为圆柱形。保护套管应具有耐高温、耐腐蚀、导热性好的特性,可以用做保护套管的材料有金属、非金属及金属陶瓷三大类。金属材料有铝、黄铜、碳钢、不锈钢等,其中1Cr18Ni9Ti不锈钢是目前热电偶保护套管使用的典型材料;非金属材料有高铝质〔Al2O3的质量分数为85%~90%〕、刚玉质〔Al2O3的质量分数为99%〕,使用温度都在1 300℃以上;金属陶瓷材料有氧化镁加金属钼,使用温度在1 700℃,且在高温下有很好的抗氧化能力,适用于钢水温度的连续测量。 ④ 接线盒:热电偶的接线盒用于固定接线座和连接外界导线,起着保护热电极免受外界环境侵蚀和保证外接导线与接线柱接触良好的作用。接线盒一般由铝合金制成,根据被测介质温度对象和现场环境条件要求,可设计成普通型、防溅型、防水型、防爆型等接线盒。
〔2〕铠装热电偶
它是由金属套管、绝缘材料和热电极经焊接密封和装配等工艺制成的坚实组合体。金属套管材料可以是铜、不锈钢〔1Cr18Ni9Ti〕或镍基高温合金〔GH30〕等;绝缘材料常使用电熔氧化镁、氧化铝、氧化铍等的粉末;而热电极无特殊要求。套管中热电极有单支〔双芯〕、双支〔四芯〕,彼此间互不接触。已生产S型、R型、B型、K型、E型、J型和铱铑40-铱等铠装热电偶,套管最长可达100 m以上,管外径最细能达 mm。铠装热电偶已到达标准化、系列化。铠装热电偶具有体积小、热容量小、动态响应快、可挠性好、柔软性良好、强度高、耐压、耐震、耐冲击等许多优点,因此被广泛应用于工业生产过程。
铠装热电偶接线盒的结构,根据不同的使用条件,有不同的形式,如简易式、带补偿导线式、插座式等,选用时可参考有关资料。