鎧裝熱電偶

鎧裝熱電偶是溫度測(cè)量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件，他的主要特點(diǎn)就是測(cè)溫范圍寬，性能比較穩(wěn)定，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號(hào)，便于自動(dòng)控制和集中控制。熱電偶的測(cè)溫原理是基于熱電效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體連接成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，又稱為塞貝克效應(yīng)。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢(shì)有兩種電勢(shì)組成;溫差電勢(shì)和接觸電勢(shì)。溫差電勢(shì)是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢(shì)，不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度，所以他們產(chǎn)生的電勢(shì)也不相同，而接觸電勢(shì)顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時(shí)，因?yàn)樗麄兊碾娮用芏炔煌援a(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散，當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢(shì)，接觸電勢(shì)的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點(diǎn)的溫度。

國際上應(yīng)用的熱電偶具有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，國際上規(guī)定熱電偶分為八個(gè)不同的分度，分別為B，R，S，K，N，E，J和T，其測(cè)量溫度的最低可測(cè)零下270攝氏度，最高可達(dá)1800攝氏度，其中B，R，S屬于鉑系列的熱 電偶，由于鉑屬于貴重金屬，所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個(gè)則稱為廉價(jià)金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種，普通型和鎧裝型。普通性熱電偶一般由熱電極，絕緣管，保護(hù)套管和接線盒等部分組成，而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲，絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后，經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅(jiān)實(shí)的組合體。但是熱電偶的電信號(hào)卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞，這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線，其主要作用就是與熱電偶連接，使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源，從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長型兩種，延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)臒犭娕枷嗤?，但是?shí)際中，延長型的導(dǎo)線也并不是用和熱電偶相同材質(zhì)的金屬，一般采用和熱電偶具有相同電子密度的導(dǎo)線代替。補(bǔ)償導(dǎo)線的與熱電偶的連線一般都是很明了，熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線，而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。

由于鎧裝熱電偶的材料一般都比較貴重(特別是采用貴金屬時(shí))，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省鎧裝熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把鎧裝熱電偶的冷端(自由端)延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使鎧裝熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。 在使用鎧裝熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與鎧裝熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。

常用的溫度儀表有鎧裝熱電偶。

鎧裝熱電偶:測(cè)量500℃以上的高溫，火電廠種主蒸汽的溫度，過熱器管壁溫度，高溫?zé)煔鉁囟?。特點(diǎn): 能測(cè)量高溫，性能穩(wěn)定，準(zhǔn)確可靠、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳和實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)切換測(cè)量。主要的型號(hào):分度號(hào):S或LB-3上限1300℃(短時(shí)1600℃)。B或LL-2上限1600℃(短時(shí)1800℃)K或EU-2上限1200℃(短時(shí)1300℃)T或CK上限-200~350℃(短時(shí)400℃)E或EA-2上限-200~900℃熱電阻:測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣、可遠(yuǎn)距離策問、實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制和記錄。

鉑熱電阻，最高測(cè)溫650℃，Pt50,Pt100,銅電阻:50-150℃Cu50,Cu100。注意:自熱效應(yīng)引起的誤差，Pt工作d電流為小于6mA，遲滯帶來的影響，熱容量大，充分的熱交換，測(cè)量才準(zhǔn)確。安裝:安裝時(shí)，與被測(cè)介質(zhì)形成逆流，至少成90° 分度號(hào):S或LB-3上限1300℃(短時(shí)1600℃)。B或LL-2上限1600℃(短時(shí)1800℃)K或EU-2上限1200℃(短時(shí)1300℃)T或CK上限-200~350℃(短時(shí)400℃)E或EA-2上限-200~900℃:測(cè)量精度高 、性能穩(wěn)定、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣 、可遠(yuǎn)距離策問、實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制和記錄。鉑，最高測(cè)溫650℃，Pt50,Pt100,銅電阻:

不同材料和直徑鎧裝熱電偶型號(hào)、分度號(hào)及推薦使用溫度電極材料 鎧裝熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間在溫度出現(xiàn)階躍變化時(shí)，熱電偶的輸出值變化至相當(dāng)于該階躍變化的某個(gè)規(guī)定百分?jǐn)?shù)所需要的時(shí)間，稱為熱響應(yīng)時(shí)間，用τ表示(取50%時(shí)用τ0.5表示)。 鎧裝熱電偶熱響應(yīng)時(shí)間τ0.5(秒)

注:絕緣電阻用MΩ·m表示，即為常溫絕緣電阻與鎧裝偶長度的乘積。

例如:1000MΩ·m表示:1m長的試樣的絕緣電阻為

1000MΩ，10m長的試樣的絕緣電阻為100MΩ。

對(duì)于長度小于1m的鎧裝偶，按1m計(jì)算。

插座式接線盒和帶補(bǔ)償導(dǎo)線的鎧裝熱電偶不在此例。

測(cè)量范圍和準(zhǔn)確度

露端式: 熱響應(yīng)時(shí)間短;適于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)排氣等 要求響應(yīng)快的溫度測(cè)量;機(jī)械強(qiáng)度較低。 接殼式 :熱響應(yīng)時(shí)間短;公稱壓力大(可達(dá)34MPa);不適用于有電磁干擾的場合。

絕緣式 :熱響應(yīng)時(shí)間較前兩種長，使用壽命長;抗電磁干擾;在對(duì)熱響應(yīng)時(shí)間無特殊要求的場合多采用此種形式。

分離式 : 雙支，避免信號(hào)干擾，其特點(diǎn)同絕緣式。

的工作原理是由兩種不同材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，每當(dāng)兩端存在溫度傳梯時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回路，而這個(gè)回路中就會(huì)有電流通過，而這時(shí)兩端之間就存在電能，而這個(gè)電能就叫熱電動(dòng)勢(shì)，這就是著名的塞貝克效應(yīng)(Seebeckeffect)。

兩種不同材質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，而這里，如果溫度高的那一端為正常的工作端，反之，溫度低的那一端就是自由端了，自由端通常的情況下，他是處于一個(gè)恒溫的狀態(tài)下的。根據(jù)熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的函數(shù)關(guān)系，制成熱電偶分度表;分度表是自由端溫度在0℃時(shí)的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。

在熱電偶整個(gè)回路當(dāng)中，如果接入第三種金屬材料時(shí)，而該材料兩個(gè)接點(diǎn)的溫度一樣的時(shí)候，熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此，在熱電偶測(cè)溫時(shí)，可接入測(cè)量儀表，測(cè)得熱電動(dòng)勢(shì)后，即可知道被測(cè)介質(zhì)的溫度。熱電偶測(cè)量溫度時(shí)要求其冷端(測(cè)量端為熱端，通過引線與測(cè)量電路連接的端稱為冷端)的溫度保持不變，其熱電勢(shì)大小才與測(cè)量溫度呈一定的比例關(guān)系。若測(cè)量時(shí)，冷端的(環(huán)境)溫度變化，將嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在冷端采取一定措施補(bǔ)償由于冷端溫度變化造成的影響稱為熱電偶的冷端補(bǔ)償正常。與測(cè)量儀表連接用專用補(bǔ)償導(dǎo)線。

K型熱電偶是目前在500℃以上的測(cè)溫區(qū)用量最大的金屬熱電偶，其用量是其他金屬熱電偶的總和。今天我們就來了解一下鎧裝熱電偶怎么分正負(fù)極。

首先我們來了解什么是正負(fù)極。正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr≈90:10,負(fù)極(KN)的化學(xué)成分為:Ni:Si≈97。負(fù)極材料具有鐵磁性,可以用于區(qū)分正負(fù)極.

K型熱電偶線性度好、熱電動(dòng)勢(shì)較大，所以能用于氧化性、惰性氣氛中。但K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫、還原性或還原、氧化交替的氣氛中和真空中，也不推薦用于弱氧化氣氛之中。它的正極為含鉻10%的鎳鉻合金(KP)，負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金(KN)。因此，鎧裝熱電偶怎么分正負(fù)極呢?依據(jù)此特性，用磁鐵可以很方便地鑒別出鎧裝熱電偶的正負(fù)極了。

如果之上的方法，其他的熱電偶的正負(fù)極，也是非常的簡單的就能區(qū)分的。

鎧裝熱電偶的陶瓷細(xì)孔被封堵元件就會(huì)失效，往往采用通電除塵的方法來處理，但效果不夠理想，且在易燃易爆環(huán)境下不能使用，能更正確和快速地反映被測(cè)端面的實(shí)際溫度，適用于測(cè)量軸瓦和其他機(jī)件的端面溫度。它不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。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(jí)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(cè)量。熱電動(dòng)勢(shì)與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。各種熱電偶溫度與熱電動(dòng)勢(shì)關(guān)系的分度表都是在冷端溫度為零時(shí)作出的，為此采用特殊的補(bǔ)償導(dǎo)線使冷端延長。

主要失效形式，一是由振動(dòng)引起的導(dǎo)線斷裂及熱電偶斷裂，二是由于彎折引起的熱電偶短路或斷接。

a、溫度單位:熱力學(xué)溫度是基本功手物理量，它的單位開爾文，定義為水三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度的1/273.16，使用了與273.15K(冰點(diǎn))的差值來表示溫度，因此仍保留這個(gè)方法。根據(jù)定義，攝氏度的大小等于開爾文，溫差亦可用攝氏度或開爾文來表示。國際溫標(biāo)ITS-90同時(shí)定義國際開爾文溫度(符號(hào)T90)和國際攝氏溫度(符號(hào)t90)。

b、國際溫標(biāo)ITS-90的通則:ITS-90由0.65K向上到普朗克輻射定律使用單色輻射實(shí)際可測(cè)量的最高溫度。ITS-90是這樣制訂的即在全量程，任何于溫度采納時(shí)T的最佳估計(jì)值，與直接測(cè)量熱力學(xué)溫度相比T90的測(cè)量要方便的多，而且更為精密，并且有很高的復(fù)現(xiàn)性。

c、ITS-90的定義:

第一溫區(qū)為0.65K到5.00K之間，T90由3He和4He的蒸汽壓與溫度的關(guān)系式來定義。

第二溫區(qū)為3.0K到氖三相點(diǎn)(24.5661K)之間T90是氦氣體溫度計(jì)來定義。

第三溫區(qū)為平蘅氫三相點(diǎn)(13.8033K)到銀的凝固點(diǎn)(961.78℃)之間，T90是由鉑電阻溫度計(jì)來定義，它使用一組規(guī)定的定義內(nèi)插法來分度。銀凝固點(diǎn)(961.78℃)以上的溫區(qū)，T90是按普朗克輻射定律來定義的，復(fù)現(xiàn)儀器為光學(xué)高溫計(jì)。

《鎧裝熱電偶電纜及鎧裝熱電偶(GB/T 18404-2001)》自生效之日起，代替JB/T 5582-1991《鎧裝熱電偶》。本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A是標(biāo)準(zhǔn)的附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)提出。本標(biāo)準(zhǔn)由機(jī)械工業(yè)儀表功能材料標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)負(fù)責(zé)起草單位:重慶儀表材料研究所。本標(biāo)準(zhǔn)參加起草單位:重慶川儀十七廠、上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所、上海合金有限公司、寧波奧崎自動(dòng)儀表設(shè)備有限公司、山東淄博儀表廠、安徽天長市儀表廠、北京自動(dòng)化儀表二廠、沈陽合金材料股份公司、浙江樂清市華東儀表廠、肇慶自動(dòng)化儀表有限公司、天津德塔科技集團(tuán)有限公司、杭州春江儀表有限公司、昆明泰和儀器儀表有限公司、上海威爾泰儀表有限公司、西儀集團(tuán)有限責(zé)任公司溫度儀表分廠。

前言

IEC前言

1范圍

2引用標(biāo)準(zhǔn)

3定義

4鎧裝熱電偶電纜

5鎧裝熱電偶

附錄A(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)熱電偶焊接封頭密封性試驗(yàn)方法