热电偶为什么要用不同材质(温度测量仪表的介绍——热电偶)

Posted 2023-06-02

篇首语：别想一下造出大海，必须先由小河川开始。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了热电偶为什么要用不同材质(温度测量仪表的介绍——热电偶)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

上一篇介绍了热电阻的相关知识，本文介绍一下热电偶的相关知识。热电偶相比热电阻来说，我们生活中遇到的不多，在一些家用电器内部会内置一些温度传感器，他们有的采用的就是热电偶。

一、测量原理

两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这种现象称为热电效应。

闭合回路中的热电势由两种电势组成，温差电势和接触电势。

温差电动势：两种不同导体组成一个闭合回路，当两个接触点处于不同温度时, 接触点间将产生电动势，回路中会出现电流，此现象称为温差电现象，产生的电动势称为温差电动势。

接触电动势：由于不同的金属材料所具有的自由电子密度不同，当两种不同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散。电子的扩散速率与两导体的电子密度有关，并和接触区的温度成正比。

二、热电偶定义

由两种不同导体或半导体的组合，将温度转化为热电动势的传感器称为热电偶。

每根单独的导体或是半导体称为热电极。

放置于热源中的一端称为工作端，或称测量端及热端；另一端为自由端或称冷端。

热电偶温度计测量范围广，能测量从-270 ℃～1800 ℃介质温度。还记得热电阻的测量范围吗？请查看上一篇文章。

三、计算

对于分体热电偶，在实际的使用过程中，热电偶长度有限，参考端温度（假设为t0’）往往不能维持在0度，且受现场环境影响较大，因而存在一个电势误差E（to’，0），需对参考端温度进行处理。

四、温度补偿

在实际的使用过程中，自由端温度（假设为to）往往不能维持在0度，且受环境影响较大，因而存在一个电势误差E（to，0），需对自由端温度进行处理。

解决方法：

补偿导线法、计算修正法、自由端恒温法、自动补偿法（补偿电桥法）

我们常用的补偿方法是补偿导线法，为什么呢？

热电极长度有限，冷端受到被测量对象温度变化的影响，因而需要把热电偶的冷端延伸到温度恒定或温度波动较小的场所，这时就要选用一种具有和所连接的热电偶相同的热电性能，实现了冷端的迁移，使测量准确，同时也降低了成本。

五、热电极材质

根据热电偶芯材质不同，可以分为如下8种分度号热电偶，分别为B, R, S，K，N, E, J , T。各类热电偶温度计特点及应用场合如下表：

其中B,R,S属于铂材质的热电偶，由于铂属于贵金属，所有又称为贵金属热电偶，剩余的称为廉价金属热电偶。常用的为K型和S型热电偶。

材质不同测量的温度范围也有不同，每一种材质的特点和应用场合如图所示。K型热电偶的分度表

各种材质中间的区别

K型热电偶分度表

六、热电偶分类

热电偶分为普通型和铠装型。

普通型热电偶：一般由热电极，绝缘套管，保护套管，接线盒等部分组成。

绝缘材料通常采用带孔的耐高温陶瓷管，热电极从孔中穿过，防止两电极发生短路；保护套管的材料应具有耐高温、耐腐蚀、气密性好、机械强度高等性能，用于保护热电极不受化学腐蚀和机械损伤，不锈钢保护套管是常用的一种，可用于温度在900度以上的场合。

铠装热电偶：主要由热电极、绝缘材料和金属管套三者经过拉伸加工成型制得。
套管材料一般为铜、不锈钢或镍基高温合金等；热电极与套管之间填充绝缘材料粉末。
铠装型热电偶芯可以做的很细，一般为1-8mm，可根据工况测量需求随意弯曲。

防爆型热电偶：是利用间隙隔爆的原理，设计具有足够强度的接线盒等部件，将所有会产生火花、电弧和危险温度的零部件都密封在接线盒腔内，当腔内发生爆炸时，能通过接合面间隙熄火和冷却，是爆炸后的火焰和温度传不到腔外，从而进行隔爆。

七、一体化热电偶

一体化热电偶由表壳、变送器、热电偶芯、保护套管组成。

八、热电偶的特点

安装简单，维护更换方便、测量精度高，耐震型可以适合振动场合、耐高温，测温范围广，能测1000度以上高温，甚至可达到1800度、耐用性比较好，寿命比较长、相对其他热电阻等测温仪表价格较贵。

九、安装

为了使热电偶的测量端与被测介质之间有充分的热交换，应合理选择测点位置，尽量避免在阀门、弯头及管道和设备的死角附近安装。

插入深度要求:测量端应有足够的插入深度。在设备内安装热电偶时，如果条件允许，应使保护管末端尽可能靠近其中心位置；在管道上安装热电偶时，应使保护管末端超过管道中心线约(5～10)mm。

插入方向要求:保证测温元件与介质有充分的接触，最好是迎着被测介质流向插入或者垂直管线插入安装。

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