K型熱電偶測溫原理

K型熱電偶作為一種溫度傳感器，K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2mm~4.0mm。

正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10，負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3，其使用溫度為-200℃~1300℃。

K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中廣泛為用戶所采用。

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。

檢出(測溫)元件熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。必須配二次儀表，其優(yōu)點(diǎn)是:

①測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。

②測量范圍廣。常用的熱電偶從-50~+1600℃均可連續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269℃(如金鐵鎳鉻)，最高可達(dá)+2800℃(如鎢-錸)。

③構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。

2根據(jù)溫度測量范圍及精度，選用相應(yīng)分度號的熱電偶

使用溫度在1300~1800℃，要求精度又比較高時(shí)，一般選用B型熱電偶;要求精度不高，氣氛又允許可用鎢錸熱電偶，高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶，低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測量一般用T型電偶，在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。

測量范圍及允許誤差范圍

注:t為感溫元件實(shí)測溫度值(℃)電場強(qiáng)度越高，因而接觸電勢也就越大。這樣將1產(chǎn)生的溫差熱電勢通過連接導(dǎo)線2在顯示儀表3中顯示出來。

熱電偶公稱壓力:一般是指在工作溫度下保護(hù)管所能承受的靜態(tài)外壓而破裂。

熱電偶 最小插入深度:應(yīng)不小于其保護(hù)套管外徑的8-10倍(特列產(chǎn)品例外)

絕緣電阻:當(dāng)周圍空氣溫度為15-35℃，相對濕度<80%時(shí)絕緣電阻≥5兆歐(電壓100V)。具有防濺式接線盒的熱電偶，當(dāng)相對溫度為93± 3℃ 時(shí)，絕緣電阻≥0.5兆歐(電壓100V)

高溫下的絕緣電阻:K型 熱電偶在高溫下，其熱電極(包括雙支式)與保護(hù)管以及雙支熱電極之間的絕緣電阻(按每米計(jì))應(yīng)大于下表規(guī)定的值。

溫度單位:℃ 電壓單位:mV) 參考溫度點(diǎn):0℃(冰點(diǎn))

K型熱電偶選型資料

ITS-90國際溫度標(biāo)準(zhǔn)(JIS C 1602-1995,ASTM E230-1996,IEC 584-1-1995)

熱電偶安裝注意點(diǎn)

(1)熱電偶應(yīng)盡量垂直裝在水平或垂直管道上，安裝時(shí)應(yīng)有保護(hù)套管，以方便檢修和更換。

(2)熱電偶的冷端應(yīng)處在同一環(huán)境溫度下，應(yīng)使用同型號的補(bǔ)償導(dǎo)線，且正負(fù)要接對。

(3)測量管道內(nèi)溫度時(shí)，元件長度應(yīng)在管道中心線上(即保護(hù)管插入深度應(yīng)為管徑的一半)。

(4)溫度動圈表安裝時(shí)，開孔尺寸要合適，安裝要美觀大方。

(5)高溫區(qū)使用耐高溫電纜或耐高溫補(bǔ)償線。

(6)要根據(jù)不同的溫度選擇不同的測量元件。一般測量溫度大于100℃時(shí)，應(yīng)選擇熱電偶，小于100℃時(shí)選擇熱電阻。

(7)接線要合理美觀，表針指示要正確。

測量K型熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間實(shí)際上是比較復(fù)雜的，不同的試驗(yàn)條件會產(chǎn)生不同的測量結(jié)果，這是由于受周圍介質(zhì)的換熱率影響，換熱率高，則熱響應(yīng)時(shí)間就短。

為了使熱電偶的熱響應(yīng)時(shí)間具有可比性，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:熱響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在專用水流試驗(yàn)裝置上進(jìn)行。該裝置的水流速度應(yīng)保持0.4±0.05m/s，初始溫度在5-45℃的范圍內(nèi)，溫度階 躍值為40-50℃。在試驗(yàn)過程中，水的溫度變化應(yīng)不大于溫度階躍值的±1%。被試熱電偶的置入深度為150mm或設(shè)計(jì)的置入深度。

由于熱電偶在室溫附近熱電勢很小，熱響應(yīng)時(shí)間不容易測出，因此國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定可采用同規(guī)格的K型熱電偶的熱電極組件替換其自身的熱電極組件，然后進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)記錄熱電偶的輸出變化至相當(dāng)于溫度階躍變化50%的時(shí)間T0.5，必要時(shí)可記錄變化10%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.1和變化90%的熱響應(yīng)時(shí)間T0.9。所記錄的熱響應(yīng)時(shí)間，應(yīng)是同一試驗(yàn) 至少三次測試結(jié)果的平均值，每次測量結(jié)果對于平均值的偏離應(yīng)在±10%以內(nèi)。此外，形成溫度階躍變化所需的時(shí)間不應(yīng)超過被測試熱電偶的T0.5的十分之一。記錄儀器或儀表的響 應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過被試熱電偶的T0.5的十分之一。

熱電偶絲由同一種均質(zhì)材料(導(dǎo)體或半導(dǎo)體)兩端焊接組成閉合回路，無論導(dǎo)體截面如何以及溫度如何分布，將不產(chǎn)生接觸電勢，溫差電勢相抵消，回路中總電勢為零。

可見，熱電偶必須由兩種不同的均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體構(gòu)成。若熱電極材料不均勻，由于溫度梯存在，將會產(chǎn)生附加熱電勢。

在熱電偶回路中接入中間導(dǎo)體(第三導(dǎo)體)，只要中間導(dǎo)體兩端溫度相同，中間導(dǎo)體的引入對熱電偶回路總電勢沒有影響，這就是中間導(dǎo)體定律。

應(yīng)用:依據(jù)中間導(dǎo)體定律，在熱電偶實(shí)際測溫應(yīng)用中，常采用熱端焊接、冷端開路的形式，冷端經(jīng)連接導(dǎo)線與顯示儀表連接構(gòu)成測溫系統(tǒng)。

有人擔(dān)心用銅導(dǎo)線連接熱電偶冷端到儀表讀取mV值，在導(dǎo)線與熱電偶連接處產(chǎn)生的接觸電勢會使測量產(chǎn)生附加誤差。根據(jù)這個(gè)定律，是沒有這個(gè)誤差的!

熱電偶回路兩接點(diǎn)(溫度為T、T0)間的熱電勢，等于熱電偶在溫度為T、Tn時(shí)的熱電勢與在溫度為Tn、T0時(shí)的熱電勢的代數(shù)和。Tn稱中間溫度。

應(yīng)用:由于熱電偶E-T之間通常呈非線性關(guān)系，當(dāng)冷端溫度不為0攝氏度時(shí)，不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E(t，t0)直接查表求取熱端溫度值;也不能利用已知回路實(shí)際熱電勢E(t，t0)直接查表求取的溫度值，再加上冷端溫度確定熱端被測溫度值，需按中間溫度定律進(jìn)行修正。初學(xué)者經(jīng)常不按中間溫度定律來修正!

這個(gè)定律是專業(yè)人士才研究、關(guān)注的，一般生產(chǎn)、使用環(huán)節(jié)的人士不太了解，簡單說明就是:用高純度鉑絲做標(biāo)準(zhǔn)電極，假設(shè)鎳鉻-鎳鉻熱電偶的正負(fù)極分別和標(biāo)準(zhǔn)電極配對，他們的值相加是等于這支鎳鉻-鎳鉻的值。

中文名稱:K型熱電偶溫度表

英文名稱:K type thermocouple thermometer

k型熱電偶溫度表是以K型熱電偶作為一種溫度傳感器的溫度表。一般用單片機(jī)作為信號處理和控制的核心。經(jīng)常采用(1)測量放大電路;

(2)A/D轉(zhuǎn)換電路;

(3)顯示電路。

熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、連接導(dǎo)線及顯示儀表三部分組成。下圖是最簡單的熱電偶溫度計(jì)示意圖。

按右圖組成的熱電偶溫度計(jì)，如果將熱電偶的熱端加熱，使得冷、熱兩端的溫度不同，則在該熱電偶回路中就會產(chǎn)生熱電勢，這種物理現(xiàn)象就稱為熱電現(xiàn)象(即熱電效應(yīng))。在熱電偶回路中產(chǎn)生的電勢由溫差電勢和相接觸電勢兩部分組成

接觸電勢:它是兩種電子密度不同的導(dǎo)體相互接觸時(shí)產(chǎn)生的一種熱電勢。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B相接觸時(shí)，假設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為Na和Nb并且Na>Nb，則在兩導(dǎo)體的接觸面上，電子在兩個(gè)方向的擴(kuò)散率就不相同，由導(dǎo)體A擴(kuò)散利導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴(kuò)散到A的電子數(shù)要多。導(dǎo)體A失去電子而顯正電，導(dǎo)體B獲很電子而顯負(fù)電。因此，在A、B兩導(dǎo)體的接觸面上便形成一個(gè)由A到B的靜電場，這個(gè)電場將阻礙擴(kuò)散運(yùn)動的繼續(xù)進(jìn)行，同時(shí)加速電子向相反方向運(yùn)動，使從B到4的電子數(shù)增多，最后達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)。此時(shí)A、B之間也形成一電位差，這個(gè)電位差稱為接觸電勢。此電勢只與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)相接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，當(dāng)兩種導(dǎo)體的材料一定，接觸電勢僅與其接點(diǎn)溫度有關(guān)。溫度越高，導(dǎo)體中的電子就越活躍，由A導(dǎo)體擴(kuò)散到B導(dǎo)體的電子就越多，致使接觸面處所產(chǎn)生的電場強(qiáng)度越高，因而接觸電勢也就越大。

K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

鎳鉻偶(K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2~4.0mm。

正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10，負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3，其使用溫度為-200~1300℃。

K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。

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.

1)、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為B)

它也稱雙鉑銠熱電偶，是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種典型的高溫?zé)犭娕肌Ｒ糟K銠30(鉑70%，銠30%)為正極、鉑銠(鉑94%，銠6%)為負(fù)極，測溫上限長期可達(dá)1600℃.短期可達(dá)1800℃。其熱電特性在高溫下更為穩(wěn)定，適于在氧化性或中性介質(zhì)中使用，但它產(chǎn)生的熱電勢小、價(jià)格高。在室溫下熱電勢極小(25℃時(shí)為-2uv，50℃時(shí)為3uv)，因此當(dāng)冷端濕度在40 C以下范圍使用時(shí)、一般不需要進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。

2)、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S)

鉑銘10為正極，純鉑絲為負(fù)極，測溫上限長期使用為1300℃，短期可達(dá)1600℃，適于在氧化性及中性介質(zhì)中使用，物理化學(xué)性能穩(wěn)定，耐高溫，不易氧化，在所有的熱電偶中，它的精度最高.可用于精密溫度測量和做基準(zhǔn)熱電偶。但價(jià)格高，熱電勢小，線性較差，在還原介質(zhì)及金屬蒸汽中使用易于污染變質(zhì)，在真空下只能短期使用。

3)、鎳鉻-鎳硅熱電偶(分度號為K)

鎳鉻為正極，鎳硅為負(fù)極，測溫上限長期使用為1000℃、短期使用可達(dá)1200℃。此熱電偶由于正、負(fù)極材料中部含鎳，故抗氧化性抗腐蝕性好，500℃以下可用于氧化性及還原性介質(zhì)中。500℃以上只宜在氧化性和中性介質(zhì)個(gè)使用。熱電勢與溫度近似為線性，熱電勢比鉑銠-鉑熱電偶高3-4倍，價(jià)格便宜，應(yīng)用廣泛。

4)、鎳鉻-康銅熱電偶(分度號為E)

鎳鉻為正極，康銅(含鎳40%的銅鎳合金)為負(fù)極，測溫范圍為-200-870℃，但在750℃以上只宜短期使用。該熱電偶穩(wěn)定性好，使用條件同K型熱電偶，但熱電勢比K型熱電偶高-倍，價(jià)格低廉，并可用于低溫測量，尤其適宜在0℃以下使用，而正在濕度大的情況下、較其它熱電偶耐腐蝕。

5)、銅-康銅熱電偶(分度號為T)

該熱電偶正極為純銅，負(fù)極為康銅，適用測溫范圍一般為-200-300℃，短期可達(dá)350℃。在廉價(jià)金屬熱電偶中它的精確度高。穩(wěn)定性好，低溫測量靈敏度高，可用于真空、氧化、還原及中性介質(zhì)中，但由于銅在高溫時(shí)易氧化，故一般使用時(shí)不超過300℃，因銅熱電極的熱導(dǎo)率高，低溫下易引入誤差。

6)、鐵-康銅熱電偶(分度號為J)

該熱電偶正極為鐵，負(fù)極為康銅，一般測溫范圍為-40-750℃。它是廉價(jià)金屆熱電偶，適用的介質(zhì)同銅-康銅熱電偶，這種熱電偶在700℃以下線性非常好，具有較高的靈敏度。由于鐵易氧化生銹，故它不能在高溫或含硫的介質(zhì)中使用。

?k型熱電偶溫度計(jì)是以K型熱電偶作為一種溫度傳感器的溫度計(jì)。K型熱電偶通常和顯示儀表，記錄儀表和電子調(diào)節(jié)器配套使用。K型熱電偶可以直接測量各種生產(chǎn)中從0℃到1300℃范圍的液體蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。

K型熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。

鎳鉻偶(K型熱電偶是目前用量最大的廉金屬熱電偶，其用量為其他熱電偶的總和。K型熱電偶絲直徑一般為1.2~4.0mm。

正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10，負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3，其使用溫度為-200~1300℃。

K型熱電偶具有線性度好，熱電動勢較大，靈敏度高，穩(wěn)定性和均勻性較好，抗氧化性能強(qiáng)，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。

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.