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什么是ELSI熱電偶,它的工作原理詳細介紹

更新時(shí)間:2024-05-06點(diǎn)擊次數:279

什么是ELSI熱電偶,它的工作原理詳細介紹

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熱電偶(thermocouple)是溫度測量?jì)x表中常用的測溫元件,它直接測量溫度,并把溫度信號轉換成熱電動(dòng)勢信號,通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉換成被測介質(zhì)的溫度。

  熱電偶工作原理:

  兩種不同成份的導體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,當接合點(diǎn)的溫度不同時(shí),在回路中就會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢,這種現象稱(chēng)為熱電效應,而這種電動(dòng)勢稱(chēng)為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中,直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱(chēng)為測量端),另一端叫做冷端(也稱(chēng)為補償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會(huì )指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

  熱電偶實(shí)際上是一種能量轉換器,它將熱能轉換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應注意如下幾個(gè)問(wèn)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(chǎn)生的熱電勢的大小,當熱電偶的材料是均勻時(shí),與熱電偶的長(cháng)度和直徑無(wú)關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);

  (3)當熱電偶的兩個(gè)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(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。

  熱電偶的基本構造:

  工業(yè)測溫用的熱電偶,其基本構造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護管和接線(xiàn)盒等。

  一、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(chēng)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(diǎn)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(cháng)期使用溫度可達1300℃,超達1400℃時(shí),即使在空氣中、純鉑絲也將會(huì )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)使用范圍較廣,均勻性及互換性好;

  (4)主要缺點(diǎn)有:微分熱電勢較小,因而靈敏度較低;價(jià)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(chēng)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(chǎn)業(yè)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(chēng)為雙鉑銠熱電偶)

  該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金,負極為含銠6%的鉑銠合金,在室溫下,其熱電勢很小,故在測量時(shí)一般不用補償導線(xiàn),可忽略冷端溫度變化的影響;長(cháng)期使用溫度為1600℃,短期為1800℃,因熱電勢較小,故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

  B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用,也可以在真空氣氛中的短期使用;即使在還原氣氛下,其壽命也是R或S型的10~20倍;由于其電極均由鉑銠合金制成,故不存在鉑銠-鉑熱電偶負極上所有的缺點(diǎn)、在高溫時(shí)很少有大結晶化的趨勢,且具有較大的機械強度;同時(shí)由于它對于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少,因此經(jīng)過(guò)長(cháng)期使用后其熱電勢變化并不嚴重、缺點(diǎn)價(jià)格昂貴(相對于單鉑銠而言)。

  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(chǎn)品負極為純鎳)。可測量0~1300℃的介質(zhì)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(cháng)期使用溫度為1000℃,其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線(xiàn)性,價(jià)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(shí),鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化,使熱電勢發(fā)生很大變化,但金屬氣體對其影響較小,因此,多采用金屬制保護管。

  5、鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(分度號為N)

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

  6、銅-銅鎳熱電偶(分度號為T(mén))

  T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅,負極為銅鎳合金(也稱(chēng)康銅),其主要特點(diǎn)是:在金屬熱電偶中,它的準確度最高、熱電極的均勻性好;它的使用溫度是-200~350℃,因銅熱電極易氧化,并且氧化膜易脫落,故在氧化性氣氛中使用時(shí),一般不能超過(guò)300℃,在-200~300℃范圍內,它們靈敏度比較高,銅-康銅熱電偶還有一個(gè)特點(diǎn)是價(jià)格便宜,是常用幾種定型產(chǎn)品中便宜的一種。

  7、鐵-康銅熱電偶(分度號為J)

  J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵,負極為康銅(銅鎳合金),具特點(diǎn)是價(jià)格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中,溫度范圍從-200~800℃,但常用溫度只是500℃以下,因為超過(guò)這個(gè)溫度后,鐵熱電極的氧化速率加快,如采用粗線(xiàn)徑的絲材,尚可在高溫中使用且有較長(cháng)的壽命;該熱電偶能耐氫氣(H2)及一氧化碳(CO)氣體腐蝕,但不能在高溫(例如500℃)含硫(S)的氣氛中使用。

熱電偶與熱電阻的主要區別

熱電阻與熱電偶的區別

  區別一:測溫原理不同

  熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測量的。它的主要特點(diǎn)是測量精度高,性能穩定。其中鉑熱電阻的測量精確度是最高的,它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫,而且被制成標準的基準儀。

  熱電偶將兩種不同材料的導體或半導體A和B焊接起來(lái),構成一個(gè)閉合回路。當導體A和B的兩個(gè)執著(zhù)點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí),兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢,因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現象稱(chēng)為熱電效應。

  區別二:熱電偶與熱電阻分類(lèi)不同

  常見(jiàn)的熱電阻材質(zhì)大多是單一金屬,目前應用廣泛的熱電阻材料是鉑和銅:鉑電阻精度高,穩定性好,具有一定的非線(xiàn)性,溫度越高電阻變化率越小;銅電阻在測溫范圍內電阻值和溫度呈線(xiàn)性關(guān)系,溫度線(xiàn)數大,超過(guò)150易被氧化。熱電阻的分度號有Cu50,Pt100,Pt1000等等,前面的字母是指熱電阻的材質(zhì),而后面的數字則是該熱電阻的電阻值。

  熱電偶是由兩種不同成份的導體(稱(chēng)為熱電偶絲材或熱電極)兩端接合成回路,常見(jiàn)的K型熱電偶是由鎳鉻-鎳硅組成的。標準化熱電偶中國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產(chǎn),并定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。

  區別三:測溫范圍不同

  熱電阻是中低溫區的常用溫度傳感器,分為鉑熱電阻、銅熱電阻等等,測溫范圍也各不一樣,總體來(lái)說(shuō)熱電阻可以測從-200到600℃的溫度。


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