热电偶测温原理及其焊接

一、前言

热电偶是工业上常用的温度检测元件之一。其优点是：

①测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可边续测量，某些特殊热电偶低可测到-269℃（如金铁镍铬），高可达+2800℃（如钨-铼）。

③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

二、热电偶测温基本原理

首先,介绍一下热电偶, 热电偶是温度测量中应用广泛的温度器件, 他的主要特点就是测吻范围宽, 性比较稳定, 同时结构简单,动态响应好, 更能够远传4-20ma电信号,便于自动控制和集中控制。热电偶的测温原理是基于热电效应。当两种不同的导体或半导体a和b的两端相接成闭合回路，就组成热电偶，如图6.1所示。

如果a和b的两个接点温度不同（假定），则在该回路中就会产生电流，这表明了该回路中存在电动势，这个物理现象称为热电效应或塞贝克效应，相应的电动势称为塞贝克电势。显然，回路中产生的热电势大小仅与组成回路的两种导体或半导体a、b的材料性质及两个接点的温度有关，热电势用符号 表示。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势, 不同的导体具有不同的电子密度, 所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时, 因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散, 当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。目前国际上应用的热电偶具有一个标准规范,国际上规定热电偶分为八个不同的分度, 分别为r, s, k, n, e, j 和t, 其测量温度的低可测零下270摄氏度,高可达1800摄氏度, 其中b, r, s属于铂系列的热电偶,由于铂属于贵重金属,所以他们又被称为贵金属热电偶而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。热电偶的结构有两种,普通型和铠装型如图6.2。普通性热电偶一般由热电极, 绝缘管, 保护套管和接线盒等部分组成, 而铠装型热电偶则是将热电偶丝,绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后, 经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。但是热电偶的电信号却需要一种特殊的导线来进行传递,这种导线我们称为补偿导线。不同的热电偶需要不同的补偿导线, 其主要作用就是与热电偶连接,使热电偶的参比端远离电源,从而使参比端温度稳定。补偿导线又分为补偿型和延长型两种, 延长导线的化学成分与被补偿的热电偶相同,但是实际中,延长型的导线也并不是用和热电偶相同材质的金属,一般采用和热电偶具有相同电子密度的导线代替。补偿导线的与热电偶的连线一般都是很明了,热电偶的正极连接补偿导线的红色线,而负极则连接剩下的颜色。一般的补偿导线的材质大部分都采用铜镍合金。    

图6.2热电藕的内部结构

三、常用热电偶及其结构

1, 铂铑10%-铂热电偶

   铂姥10%-铂热电偶型号为wtlb，其中wt指热电偶，lb为分度号，铂铑合金丝为‘+’极，纯铂丝为‘一’极。在1300℃以下可以长期使用。在良好的环境条件下，可测量1600℃高温。一般它作为精密测量和基准热电偶使用。在氧化性和中性介质中，铂铑-铂热电偶的物理、化学性能稳定，但在高温时易受还原性气体侵袭而变质。它的热电势较弱，价格也较贵。

2,  镍铬-镍硅(或镍铬-镍铝)

热电偶镍铬-镍硅热电偶型号为vreu。eu是分度号。镍铬为‘+’极，镍硅为'一'极。在氧化性和中性介质中，能在900℃以下长期使用，但不耐还原性介质。它的热电势大，并且与温度的线性关系较好，价格亦便宜，但精度偏低。

3,  镍铬-考铜热电偶

    镍铬-考铜热电偶型号为wrea。ea为分度号。镍铬为'+'板，考铜为'一'极。在还原性和中性介质，能在600℃的以下长期使用，在800℃时可短期使用。它灵敏度较高，价格便宜。

4,  铂铑30%-铂铑6%热电偶

    铂铑30%-铂铑6%热电偶型号为wrll。ll为分度号。铂铑30%为'+'极，铂铑6%为‘-’极。它可在1600℃高温下长期使用，在1800℃短期使用。其热电偶性能稳定，精度高。适用于氧化性和中性介质，但它的热电势极小，价格较高。

5,  铜-康铜热电偶

    铜-康铜热电偶型号为wrck。ck为分度号。铜为‘+’极，康铜为‘一’极。在300℃以下其线性关系较好，并且价格低廉。在实验室中它是使用较多的热电偶。