熱電偶原理,熱電偶基本結構

一.熱電偶概述：   

作為工業測溫中最廣泛使用的溫度感測器之一——熱電偶，與鉑熱電阻一起，約佔整個溫度感測器總量的60%，熱電偶通常和顯示儀錶等配套使用，直接測量各種生產過程中-40～1800℃範圍內的液體、蒸氣和氣體介質以及固體的表面溫度。  

二.熱電偶原理：   

熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對於熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：  

（1）熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數；  

（2）熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關；  

（3）當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，這進熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。  

三.熱電偶的基本結構：                                                

工業測溫用的熱電偶，其基本結構包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線盒等。  

 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，負極為純鉑；它的特點是：

（1）熱電性能穩定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續使用、長期使用溫度可達1300℃，超達1400℃時，即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶，使晶粒粗大而斷裂；  

（2）精度高，它是在所有熱電偶中，準確度等級最高的，通常用作標準或測量較高的溫度；  

（3）使用範圍較廣，均勻性及互換性好；  

（4）主要缺點有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價格較貴，機械強度低，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業界，作為高溫熱電偶用得最多，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）  

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，負極為含硅3%的鎳硅合金（有些國家的產品負極為純鎳）。可測量0～1300℃的介質溫度，適宜在氧化性及 惰性氣體中連續使用，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係近似線性，價格便宜，是目前用量最大的熱電偶。  

K型熱電偶是抗氧化性較強的賤金屬熱電偶，不適宜在真空、含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛下裸絲使用；當氧分壓較低時，鎳鉻極中的鉻將擇優氧化，使熱電勢發生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多採用金屬制保護管。       

K型熱電偶的缺點：  

（1）熱電勢的高溫穩定性較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℃範圍內短期熱循環穩定性不好，即在同一溫度點，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達2～3℃；  

（4）長期處於高通量中系統輻照環境下，由於負極中的錳（Mn）、鈷（Co）等元素髮生蛻變，使其穩定性欠佳，致使熱電勢發生較大變化。  

5、鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號為N）  

該熱電偶的主要特點是：在1300℃以下調溫抗氧化能力強，長期穩定性及短期熱循環復現性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃ 範圍內，N型熱電偶的熱電特性的線性比K型偶要好；但在低溫範圍內（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時，材料較硬難於加工。  

6、銅－銅鎳熱電偶（分度號為T）