熱電偶和熱電阻的知識(shí)

熱電偶溫度計(jì)熱電現(xiàn)象和關(guān)于熱電偶的根本定律熱電偶溫度計(jì)由熱電偶、電測(cè)儀表和連接導(dǎo)線組成。它被廣泛用于測(cè)量-200~1300℃范圍內(nèi)的溫度。在特別狀況下，可測(cè)至2800℃的高溫或4K的低溫。熱電偶能把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，便于信號(hào)的遠(yuǎn)傳和多點(diǎn)切換測(cè)量，具有構(gòu)造簡(jiǎn)潔、制作便利、準(zhǔn)確度高、熱慣性小等優(yōu)點(diǎn)。熱電偶測(cè)溫原理由兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A或B組成的閉合回路，假設(shè)使兩個(gè)接點(diǎn)處于不同的溫度t、t，則回路中就有電動(dòng)勢(shì)消滅，稱為熱電勢(shì)，這一現(xiàn)象稱為熱電0效應(yīng)。熱電勢(shì)是溫度t0

和t的函數(shù)，恒定接點(diǎn)溫度tt的單0值函數(shù)，只要測(cè)得熱電勢(shì)的大小，便可得到被測(cè)溫度t。熱電勢(shì)由溫差電勢(shì)與接觸電勢(shì)組成。溫差電勢(shì)：是指一根導(dǎo)體上因兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電動(dòng)勢(shì)。同一導(dǎo)體兩端溫度不同時(shí)，高溫端〔測(cè)量端、工作端、熱端〕電子的運(yùn)動(dòng)速度大于低溫端電子〔參比端、自由端、冷端〕的運(yùn)動(dòng)速度，單位時(shí)間內(nèi)高溫端失電子帶正電，低溫端得電子帶負(fù)電，高、低溫端之間形成一個(gè)從高溫端指向低溫端的靜電場(chǎng)。該電場(chǎng)阻擋高溫端電子向低溫端的動(dòng)；加大低溫端電子向高溫端的運(yùn)動(dòng)速度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，導(dǎo)體兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電位差，該電位差稱為溫差電勢(shì)。溫差電勢(shì)的方向：由低溫端指向高溫端。 kt

1 d(Nt)

t,t0

eNt0

dtt dt，式中k為波爾茲曼常數(shù)；eN

為導(dǎo)體內(nèi)t的電子密度，是溫度的

A

et,tA 0函數(shù)；tto的溫度。可見(jiàn)溫差電勢(shì)

熱端

e ttABt

e AB 0

e tt0AB 0t0

冷端的大小與導(dǎo)體的性質(zhì)和導(dǎo)體兩端溫度有關(guān)，而

工作端

B

B 0

參比端溫度分布無(wú)關(guān)。

熱電偶回路的總電勢(shì)接觸電勢(shì)：是在兩種不同材料A和B的接觸點(diǎn)產(chǎn)生的。A、B材料有不同的電子密度，設(shè)導(dǎo)體A的電子密度nA

BnABB的電子數(shù)要比從B集中到A的多，A因失電子而帶正電荷，B因得電子而帶負(fù)電荷，于是在A、B的接觸面上便形成一從A到B的靜電場(chǎng)。這個(gè)靜電場(chǎng)將阻礙電A、B接觸面上便形成了電位差，即接觸電勢(shì)。接觸電勢(shì)的方向：由電子密度小的導(dǎo)體指向電子密度大的導(dǎo)體；接觸電勢(shì)的大?。篹

ktlnnAt或e

t

n

kAB e nBt

AB 0

e nBt0爾茲曼常數(shù)，e為電子電量。溫度越高，接觸電勢(shì)越大，兩種導(dǎo)體電子密度比值越大，接觸電勢(shì)也越大?？梢?jiàn)接觸電勢(shì)與兩導(dǎo)體的性質(zhì)有關(guān)與接觸點(diǎn)的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體長(zhǎng)度、截面大小、沿導(dǎo)體長(zhǎng)度方向的溫度分布無(wú)關(guān)。熱電偶回路的總電勢(shì)為：e t,te tet,tf tf AB 0 AB A 0 AB 0 B 0 AB AB 0 AB是高溫端溫度及低溫端溫度的函數(shù)，假設(shè)恒定低溫端溫度，則熱電勢(shì)是高溫端溫度的單值函數(shù)。通過(guò)測(cè)量熱電勢(shì)的大小可以得到被測(cè)〔高溫端〕溫度的數(shù)值。熱電偶回路的根本定律均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體或半導(dǎo)體組成的閉合回路，不管導(dǎo)體的長(zhǎng)度、截面積如何以及沿長(zhǎng)度方向的溫度分布如何，回路中都不行能產(chǎn)生熱電勢(shì)。eAB

t,t0

eAB

A

t,t0

e tAB

eB

t,t0因是均質(zhì)導(dǎo)體，電子密度一樣，所以e tAB 0

eAB

t0又由于eA

0

eB

0

，所以回路總電勢(shì)等于0。結(jié)論〔1〕〔2〕閉合回路存在溫差時(shí)，假設(shè)回路中有熱電勢(shì)產(chǎn)生，則說(shuō)明該材料是不均質(zhì)的。——用于電極材料的均勻性檢測(cè)。中間導(dǎo)體定律AtAt0t C要保證各導(dǎo)體的兩接入點(diǎn)的溫度一樣，則這些導(dǎo)體的接入不會(huì)B t0影響回路中的熱電勢(shì)。證明：以在熱電偶回路中接入第三種均質(zhì)導(dǎo)體C度都為t，如下圖：回路電勢(shì)為：0eABC

0

eAB

teB

0

eBC

te0

0

e tCA

eA

0其中：

kt n

kt ne t,t e

t e t 0

0ln

Bt0

0ln

Ct0 e

(t)e

(t)C 0 BC 0

CA 0

e n e nCt At0 0

BA 0

AB 0故：e t,te te ABC 0 AB B 0 A 0 AB 0 AB 0C結(jié)論〔1〕〔2〕〔3〕可以進(jìn)展外表溫度和液體介質(zhì)溫度的開(kāi)路測(cè)量。中間溫度定律接點(diǎn)溫度為t1t3t1、t2t2、t3的兩支同性質(zhì)熱電偶的熱電勢(shì)的代數(shù)和，即熱電偶的熱電勢(shì)只與高溫端和低溫端的接點(diǎn)溫度有關(guān)，而與中間溫度無(wú)關(guān)?！?〕〔2〕路中接入補(bǔ)償導(dǎo)線。標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶熱電極材料及其性質(zhì)熱電極材料應(yīng)滿足下述要求：1〕熱電勢(shì)及熱電勢(shì)率〔靈敏度〕大，熱電勢(shì)與溫度間呈線性關(guān)系；2〕電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)?。?〕物理、化學(xué)性能穩(wěn)定〔長(zhǎng)期使用時(shí)，可保證熱電特性穩(wěn)定；4〕復(fù)制性好〔可批量生產(chǎn)換；5〕6〕價(jià)格廉價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶：是制造工藝較成熟、應(yīng)用廣泛、能批量生產(chǎn)、性能優(yōu)良而穩(wěn)定并已列入專業(yè)或國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化文件中的熱電偶。標(biāo)準(zhǔn)化文件對(duì)同一型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶規(guī)定了統(tǒng)一的熱電極材料及其化學(xué)成分、熱電性質(zhì)和允許偏差，也就是說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有統(tǒng)一的分度表。分度表是以表格的形式反映電勢(shì)溫度之間的關(guān)系，需留意的是：該電勢(shì)溫度關(guān)系是在冷端溫度為0使用應(yīng)特別留意。同一型號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶具有互換性，使用格外便利。8〔有時(shí)也稱分度號(hào)、電極材料、可測(cè)的溫度范圍以及使用特點(diǎn)見(jiàn)下表。注：電極材料的前者為正極，后者為負(fù)極，緊跟的數(shù)字為該材料的百分含量。溫度測(cè)量范圍是熱電偶在良好的使用環(huán)境下測(cè)溫的極限值，實(shí)際使用時(shí)，60%~80%。分度號(hào)材料溫度范圍〔℃〕使用特點(diǎn)金屬易提純，復(fù)制準(zhǔn)確度和測(cè)溫準(zhǔn)確度較高，物化性能穩(wěn)定，1300℃以下的氧化或中性介質(zhì)S10-鉑-50~1768長(zhǎng)期使用。價(jià)格昂貴，熱電勢(shì)小，熱電特性非線性較大，不能在復(fù)原氣氛及含有金屬或非金300℃以上最準(zhǔn)確的熱電偶。R13-鉑-50~1768根本性能和使用條件與S分度號(hào)熱電偶一樣，只是熱電勢(shì)略大，歐美國(guó)家使用較多。可在1600B30-60~1820不能在復(fù)原氣氛及含有金屬或非金屬蒸氣的氣氛中使用。熱電勢(shì)及熱電勢(shì)率較S分度號(hào)熱電偶小，冷端溫度低于50℃時(shí)，不必進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償。賤金屬熱電偶，直徑 3.2mm的熱電偶可在1200℃的高溫下長(zhǎng)期使用。在500℃以下的還K硅-270~1372500℃以上，只能在復(fù)原性、中性的氣氛中工作。熱電勢(shì)率比S分度號(hào)熱電偶大4~5倍，且溫度電勢(shì)關(guān)系接近線性。N鎳硅-270~1300E〔康銅〕-270~10003.2mm750℃〔0℃以下、潮濕環(huán)境測(cè)溫。是熱電勢(shì)率最高的標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。J 〔康-210~1200銅〕

適合于氧化、復(fù)原性氣氛，亦可在真空、中性氣氛中使用，不能在538℃以上的含硫氣氛中使用。穩(wěn)定性好、靈敏度高、價(jià)格低廉。正極鐵易銹蝕。T 銅〕

-270~400

適合于氧化、復(fù)原、真空、中性氣氛中使用，具有潮濕氣氛抗腐蝕性，特別適合于0℃以下的測(cè)溫。主要特點(diǎn)：穩(wěn)定性好、低溫靈敏度高、價(jià)格低廉，100~200℃測(cè)溫準(zhǔn)確度最高。非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶非標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶無(wú)論在使用范圍或數(shù)量上均不及標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。但在某些特別場(chǎng)合，如：高溫、低電偶〔鎢的熔點(diǎn)為3387℃，錸的熔點(diǎn)為3180℃，用于測(cè)量高達(dá)2760℃的溫度；銥銠系熱電偶，能在弱復(fù)原性介質(zhì)中測(cè)量2023℃高溫，適用于航天使用中受到較大的限制。熱電偶的構(gòu)造一般工業(yè)用熱電偶

一般工業(yè)用熱電偶1-補(bǔ)償導(dǎo)線；2-出線孔；3-金屬鏈；4-5-6-盒蓋；7-接線盒；8-接線柱；9-保護(hù)套管；一般工業(yè)用熱電偶通常由熱電極、絕緣管、保護(hù)套管和接線盒構(gòu)成，如圖所示。0.3~0.65mm，一般金屬電極的直徑為0.3~3.2mm，一般為300~2023mm。熱電偶熱端承受焊接方式連接，接頭外形有點(diǎn)焊、對(duì)焊和絞接點(diǎn)焊。焊點(diǎn)的直徑應(yīng)不超過(guò)熱電極直徑的兩倍。絕緣管為了防止熱電極間的電勢(shì)短路，在熱電極上套裝絕緣管。絕緣管有單孔、雙孔、四孔等多種形式。絕緣管材料的選擇依據(jù)材料允許的工作〔1000℃以下、高純氧化鋁〔1300℃以下、剛玉〔1600℃以下〕等。常用絕緣子材料及其使用溫度范圍材料名稱使用溫度范圍〔℃〕材料名稱使用溫度范圍〔℃〕橡皮、塑料60～80石英管0～1300絲、干漆0～130瓷管1400氟塑料0～250再結(jié)晶氧化鋁管1500500純氧化鋁管1600～1700和絕緣管裝入不透氣的保護(hù)套管內(nèi)。套管的材料和形式由被測(cè)介質(zhì)的特性、安裝方式和時(shí)間常數(shù)等打算。常見(jiàn)的材料有黃銅、#20鋼、不銹鋼、高溫耐熱鋼、純氧化鋁、剛玉、金屬陶瓷等，測(cè)量更高溫度時(shí)還可使用氧化鈹和氧化釷，可2200℃。安裝時(shí)可承受螺紋連接和法蘭連接兩種形式。常用保護(hù)管材料及其適用的溫度范圍材料名稱長(zhǎng)期使用〔℃〕短期使〔℃〕材料名稱長(zhǎng)期使用〔℃〕〔℃〕銅或銅合金400高級(jí)耐火瓷管1400160020#碳鋼管600再結(jié)晶氧化鋁管150017001Cr18Ni9Ti不銹鋼900~10001250高純氧化鋁管1600180028Cr〔高鉻鑄鐵〕1100硼化鋯18002100石英管13001600一般工業(yè)用熱電偶測(cè)溫時(shí)間常數(shù)隨保護(hù)套管的材料及直徑而變化〔一般為10~240s，當(dāng)承受金屬保護(hù)套12mm時(shí)，時(shí)間常數(shù)45s16mm常數(shù)為90s2.5min。接線盒接線盒內(nèi)有接線柱作為熱電極和補(bǔ)償導(dǎo)線或?qū)Ь€的連接裝置。依據(jù)用途的不同，有一般式、防濺式、防水式、隔爆式和插座式等構(gòu)造形式。鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是由熱電極、絕緣材料和金屬套管三者經(jīng)拉伸加工而成的堅(jiān)實(shí)組合體。它可以做得很細(xì)、很長(zhǎng)，在使用中可以依據(jù)需要進(jìn)展彎曲。套管材料有銅、不銹鋼和鎳基高溫合金等。套管與熱電極之間填滿了絕緣粉末，常用的絕緣材料有氧化鎂、氧化鋁等。套管中的熱電極有單芯、雙芯和四芯的，彼此之間相互絕緣。目前生產(chǎn)的鎧裝熱電偶，其壁厚0.12~0.6mm0.025~1.3mm1~6mmm外徑最細(xì)的有0.2mm，長(zhǎng)度最長(zhǎng)的超過(guò)100m。鎧裝熱電偶的測(cè)量端有露端形〔0.01~0.1s、接殼形0.01~2.5s、絕緣形0.2~8.0s截面形等。鎧裝熱電偶的主要特點(diǎn)是測(cè)量端熱容量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快〔時(shí)間常數(shù)小于10s裝置上?？焖俜错懙谋∧犭娕急∧犭娕际怯谜婵照翦兊姆椒ㄊ箖煞N熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，二者結(jié)實(shí)地結(jié)合在一起，形成薄膜狀測(cè)量端，上面再蒸鍍一層二氧化硅薄膜作為絕緣和保護(hù)層?！部杀?/p>

薄膜熱電偶到0.01~0.1μm，尺寸也很小，故測(cè)量端的熱容量小，時(shí)間常數(shù)格外小〔可達(dá)幾毫秒-200~300℃范圍。假設(shè)將電極材料直接蒸鍍到被測(cè)對(duì)象外表，時(shí)間常數(shù)可達(dá)微秒級(jí)。熱電極有：鎳鉻-鎳硅、銅-康銅、鐵-鎳等。右圖為鐵—鎳薄膜熱電偶的示意圖，其尺寸為60mm，6mm，0.2mm，金屬薄膜厚度在3~6um之間，時(shí)間常數(shù)小0.01s0~300℃。熱電偶冷端溫度補(bǔ)償由熱電偶的測(cè)溫原理可知，熱電勢(shì)是熱端溫度與冷端溫度的函數(shù)，在冷端溫度恒定的條件下，熱電勢(shì)是熱端溫度的函數(shù)。而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，熱電偶的冷端放置在距熱端很近的大氣中，受高溫設(shè)備和環(huán)境溫度波動(dòng)的影響較大，因此冷端溫度不恒定。要想消退冷端溫度波動(dòng)對(duì)測(cè)溫的影響，必需進(jìn)展冷端溫度補(bǔ)償。常用的冷端溫度補(bǔ)償方法有：計(jì)算修正法、冷端恒溫法、顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法、補(bǔ)償電橋〔冷端溫度補(bǔ)償器〕PN結(jié)補(bǔ)償法等。計(jì)算修正法熱電偶的分度關(guān)系是在冷端溫度為0度為t，不是0℃，則不能用測(cè)量熱電偶的熱電勢(shì)去查分度表，必需進(jìn)展熱電勢(shì)0eAB

0eAB

AB

t,t0

e AB 0

,0 總電勢(shì)=測(cè)量熱電偶輸出電勢(shì)+修正電勢(shì)適用場(chǎng)合：試驗(yàn)室測(cè)溫，現(xiàn)場(chǎng)使用的直讀儀表測(cè)溫。前提條件是冷端溫度可測(cè)且根本恒定。缺點(diǎn)：不便于連續(xù)測(cè)溫。冷端恒溫法將熱電偶的冷端溫度恒定，從而便于補(bǔ)償和修正。一般選擇冰點(diǎn)槽〔0℃〕或工業(yè)恒溫箱〔50℃〕進(jìn)展恒溫。將熱電偶的冷端放于冰水混合物中，熱電偶輸出電勢(shì)即以0℃為冷端溫度的總電

SJ加熱~220V 50指示⑵恒溫箱法 工業(yè)恒溫箱作為熱源。這里以工業(yè)恒溫箱為例作簡(jiǎn)潔說(shuō)明。工業(yè)恒溫箱原理如下圖。需要留意：該法熱電偶送出的電勢(shì)e〔t,50常應(yīng)調(diào)整儀表的機(jī)械零位進(jìn)展修正。顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法當(dāng)送入顯示儀表的電勢(shì)為e〔t,t，而t且恒定時(shí)，在斷開(kāi)熱電偶的0 0t0

溫度對(duì)應(yīng)的刻度。這樣相當(dāng)于在顯示儀表內(nèi)部提前施加了電勢(shì)〔t,0〔t,0，0由于全部顯示儀表的刻度均依據(jù)分度表進(jìn)展刻度，所以儀表正確顯示被測(cè)的熱端溫度數(shù)值。補(bǔ)償電橋〔冷端溫度補(bǔ)償器〕法假設(shè)能得到一個(gè)隨溫度而變化的附加電勢(shì)，并將該電勢(shì)串聯(lián)在熱電偶回路中，使其抵償熱電偶熱電勢(shì)因冷端溫度變化而產(chǎn)生的變化，則可保證顯示儀表+R1+R1R—aRcRs b顯示儀R3所示的不平衡電橋原理工作。熱電

冷端溫度補(bǔ)償

由圖可見(jiàn)，熱電偶〔及補(bǔ)償導(dǎo)

冷端溫度補(bǔ)償器的應(yīng)用線〕輸出的熱電勢(shì)與不平衡電橋的不平衡電壓相加后送至溫度顯示儀表。冷端溫度補(bǔ)償器的構(gòu)造及工作原理簡(jiǎn)述如下：圖中R1，R2，R3是3個(gè)錳銅1Ω定值電阻；RsRcu201Ω；電橋的供電電壓為4V。當(dāng)熱電偶〔補(bǔ)償導(dǎo)線〕的冷端溫度為20℃時(shí)，補(bǔ)償電橋處于初始平衡狀態(tài)，不平衡電壓Uab=0，熱電偶送出電勢(shì)e〔t,20〕給顯示儀表。當(dāng)熱電偶的冷端溫度上升而高于20℃時(shí)，熱電勢(shì)將因冷端溫度上升而降低，此時(shí)Rcu的阻值增加，不平衡電橋的輸出電壓增加，即Uab>0；當(dāng)熱電偶的冷端溫度降低而低于20℃時(shí)，熱電勢(shì)將因冷端溫度降低而上升，此時(shí)Rcu的阻值減小，不平衡電橋的輸出電壓減小，即Uab<0，可見(jiàn)，補(bǔ)償電橋的不平衡電壓的變化方向恰與熱電勢(shì)的變化方向相反，可起到補(bǔ)償作用。假設(shè)不平衡電壓的增加量恰好等于熱電勢(shì)的削減量，則實(shí)現(xiàn)了完全補(bǔ)償，送顯示儀表的電勢(shì)不受冷端溫度變化的影響。由于熱電偶的熱電特性與電橋的溫度——輸出特性不完全全都，故冷端溫度補(bǔ)償器并不能在補(bǔ)償范圍內(nèi)各點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。一般而言，完全補(bǔ)償點(diǎn)為：初始平衡溫度和補(bǔ)償范圍上限溫度兩點(diǎn)。信號(hào)不同，通常補(bǔ)償器的區(qū)分僅為限流電阻的阻值不同。需要留意的是，假設(shè)補(bǔ)償電橋的初始平衡溫度不是0℃，則送給顯示儀表的電勢(shì)還需要修正，通常實(shí)行顯示儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整的方法。補(bǔ)償導(dǎo)線法由中間溫度定律可知，當(dāng)接點(diǎn)溫度低于100℃時(shí)，可用熱—電特性一樣的一對(duì)導(dǎo)線代替測(cè)量用熱電偶，也就是使用補(bǔ)償導(dǎo)線。補(bǔ)償導(dǎo)線雖不能轉(zhuǎn)變冷端溫度，但可以遷移熱電偶的冷端位置，馬上冷端從溫度波動(dòng)猛烈的地點(diǎn)遷移至相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn)，便于與其他溫度補(bǔ)償方法協(xié)作實(shí)現(xiàn)溫度的正確指示。例如：測(cè)量爐膛溫度的熱電偶的冷端通常在爐膛外部不遠(yuǎn)的就地，該處溫度受高溫設(shè)備及環(huán)境溫度變化的影響，波動(dòng)較猛烈，同時(shí)該處的溫度一般高于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償溫度，因此不能承受前述溫度補(bǔ)償方法。使用補(bǔ)償導(dǎo)線將熱電偶的冷端遷移至集控室后的電子間，當(dāng)該處溫度穩(wěn)定時(shí)，可承受顯示儀表機(jī)械調(diào)零等預(yù)置電勢(shì)法；當(dāng)該處溫度不很穩(wěn)定時(shí)，由于溫度處于冷端溫度補(bǔ)償器的補(bǔ)償范圍，所以可使用冷端溫度補(bǔ)償器進(jìn)展補(bǔ)償。型號(hào) 配用熱電偶時(shí)溫度〔℃〕

補(bǔ)償范電源 內(nèi)阻〔℃〕〔V〕〔Ω〕

補(bǔ)償誤差WBC-01 鉑銠-鉑10

±0.045mVWBC-02鎳鉻-鎳硅200～50～2201±0.16mVWBC-03鎳鉻-考銅±0.18mVWBC-57-S鉑銠-鉑±(0.015±0.0015t)10WBC-57-K鎳鉻-鎳硅200～40241±(0.04±0.004t)WBC-57-EA鎳鉻-考銅±(0.005±0.0065t)配用絕緣層著配用絕緣層著100℃時(shí)允差200℃時(shí)允差補(bǔ)償 補(bǔ)償導(dǎo)線合金絲熱電色〔℃〕〔℃〕導(dǎo)線型號(hào)偶分度號(hào)正極負(fù)極正極負(fù)極一般級(jí)周密級(jí)一般級(jí)周密級(jí)SNC〔銅SCSSPC〔銅〕紅綠+5+3+5—鎳〕KCKKPC〔銅〕KNC〔鎳硅〕紅藍(lán)+2.5+1.5——KPX〔鎳KXKKNX〔銅鎳〕紅黑+2.5+1.5+2.5+1.5鉻〕EPX〔鎳EXEENX〔銅鎳〕紅棕+2.5+1.5+2.5+1.5鉻〕JXJJPX〔鐵〕JNX〔銅鎳〕紅紫+2.5+1.5+2.5+1.5TXTTPX〔銅〕TNX〔銅鎳〕紅白+2.5+1.5+2.5+1.5熱電偶的檢定l.熱電偶的檢定熱電偶在使用前應(yīng)預(yù)先進(jìn)展校驗(yàn)或檢定，標(biāo)準(zhǔn)熱電偶必需進(jìn)展個(gè)別分度。熱電偶經(jīng)一段時(shí)間使用后，由于熱電偶的高溫?fù)]發(fā)、氧化、外來(lái)腐蝕和污染、晶粒組織變化等緣由，使熱電偶的熱電特性漸漸發(fā)生變化，使用中會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差，有時(shí)此測(cè)量誤差會(huì)超出允許范圍。為了保證熱電偶的測(cè)量精度，必需定期進(jìn)展檢定。熱電偶的檢定方法有兩種，比較法和定點(diǎn)法。工業(yè)上多承受比較法，因此，這里只介紹比較法。用被校熱電偶和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶同時(shí)測(cè)量同一對(duì)象的溫度，然后比較兩者示值，以確定被檢熱電偶的根本誤差等質(zhì)量指標(biāo)，這種方法稱為比較法。用比較法檢定熱電偶的根本要求，是要造成一個(gè)均勻的溫度場(chǎng)．使標(biāo)準(zhǔn)熱電偶和被檢熱電偶的測(cè)量端感受到一樣的溫度。均勻的溫度場(chǎng)沿?zé)犭姌O必需有足夠的長(zhǎng)度，以使沿?zé)犭姌O的導(dǎo)熱誤差可以無(wú)視。工業(yè)和試驗(yàn)室用熱電偶都把管狀爐作為檢定的根本裝置。為了保證管狀爐內(nèi)有足夠長(zhǎng)的等溫區(qū)域。要求管狀爐內(nèi)腔長(zhǎng)度與直徑之比至少為加20：1境中，可在管狀爐的恒溫區(qū)放置一個(gè)鎳塊，在鎳塊上鉆有孔，以便把各支熱電偶的熱端插人其中，進(jìn)展比較測(cè)量。用比較法在管狀爐中檢定熱電偶的系統(tǒng)，如下圖，主要裝置有管狀電爐、冰點(diǎn)槽、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、手動(dòng)直流電位差計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。l2nn被檢2、被檢1、標(biāo)準(zhǔn)的循環(huán)挨次讀數(shù)，一個(gè)循環(huán)后標(biāo)準(zhǔn)與被檢各有兩個(gè)讀數(shù)，一般進(jìn)展兩個(gè)循環(huán)的測(cè)量，得到四次讀教。最終進(jìn)展數(shù)據(jù)處理和誤差分析，求得它們的算術(shù)平均值，比較標(biāo)準(zhǔn)與被檢的測(cè)量結(jié)果。假設(shè)各個(gè)檢定點(diǎn)被檢熱電偶的允許誤差都在規(guī)定范圍之內(nèi)，則認(rèn)為它們是合格的。熱電偶允許偏差熱電偶允許偏差校驗(yàn)溫度〔℃〕材料〔℃〕〔℃〕〔℃〕偏差〔℃〕600;800;1000;占所測(cè)熱電勢(shì)鉑銠-鉑 0～600 ±2.4 ＞6001200 的±0.4%占所測(cè)熱電勢(shì)鎳鉻-鎳400;600;800;10～400±4＞400的硅000±0.75%鎳鉻-考占所測(cè)熱電勢(shì)200;400;600 0～300 ±4 ＞300銅 的±1%熱電偶的使用與安裝對(duì)熱電偶進(jìn)展分度和檢定時(shí)是不帶保護(hù)套管的，且要滿足在均勻溫度場(chǎng)的爐腔內(nèi)插入足夠深度的條件。各種溫度計(jì)在工業(yè)應(yīng)用時(shí)，會(huì)遇到各種各樣的情況，為了避開(kāi)產(chǎn)生較大的誤差，在安裝與使用中要實(shí)行備種措施以保證測(cè)溫的準(zhǔn)確性。熱電偶的使用留意事項(xiàng)保護(hù)管應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并可承受被測(cè)介質(zhì)腐蝕，保護(hù)管的外徑越粗，耐熱、耐蝕性越好，但熱惰性也越大。當(dāng)保護(hù)管外表附著灰塵等物質(zhì)時(shí)，將因熱阻增加，使指示溫度低于真實(shí)溫度而產(chǎn)生誤差。如在最高使用溫度下長(zhǎng)期工作，將因熱電偶材質(zhì)發(fā)生變化而引起誤差。因測(cè)量線路絕緣電阻下降而引起誤差。設(shè)法提高絕緣電阻，或?qū)犭娕嫉耐鈿ぷ鼋拥靥幚怼?℃，而在現(xiàn)場(chǎng)條件下使用的儀表則難以實(shí)現(xiàn)，必需承受補(bǔ)償方法準(zhǔn)確修正?！踩缫惨獙?shí)行屏蔽措施。熱電偶的安裝原則安裝熱電偶時(shí)，應(yīng)遵循以下原則；熱電偶應(yīng)與被測(cè)介質(zhì)形成逆流，亦即安裝時(shí)熱電偶應(yīng)迎著被測(cè)介質(zhì)的流向插入。至少亦須與被側(cè)介質(zhì)成正交。如下圖。熱電偶工作端應(yīng)處于管道中流速最大的地方，熱電偶保護(hù)管的末端應(yīng)超5-10mm。，隨著插入深度的增加，測(cè)溫誤差減小，將測(cè)溫元件斜插或沿管道軸線方向安裝便可到達(dá)要求。管道直徑過(guò)小，如直徑小于80mm。往往因插人深度不夠而引起測(cè)量誤差安裝熱電偶時(shí)應(yīng)接擴(kuò)大管，選擇適宜部位，可以減小或消退此項(xiàng)誤差。含大量粉塵氣體的溫度測(cè)量。由于氣體內(nèi)含大量粉塵，對(duì)保護(hù)管的磨損嚴(yán)峻，因此可承受端部切開(kāi)的保護(hù)管，或承受鎧裝熱電偶。承受鎧裝熱電偶，不僅響應(yīng)快，而且壽命長(zhǎng)。熱電偶安裝在負(fù)壓管道中，必需保證其密封性，以防外界冷空氣吸入，使測(cè)量值偏低。熱電偶按線盒的蓋子應(yīng)朝上．以免雨水或其他液體的浸入，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。熱電阻溫度計(jì)我們知道，在測(cè)量600～1300℃溫度范圍內(nèi)，熱電偶是比較抱負(fù)的，但是對(duì)于中低溫的測(cè)量，熱電偶則有肯定的局限性，這是由于熱電偶在中低溫區(qū)域輸出10O℃溫度時(shí)的0.64mV，這樣小的熱電勢(shì)對(duì)電子電位差計(jì)的放大器和抗干擾要求都很高，儀表的修理也困難，此外，熱電偶冷端溫度補(bǔ)償問(wèn)題，在中低溫范圍內(nèi)的影響比較突出，一方面要實(shí)行溫度補(bǔ)償必定增加工作上的不便，另一方面，冷端溫度假設(shè)不能得到全補(bǔ)償，其影響就較大，加之在低溫時(shí)，熱電特性的線性度較差，在進(jìn)展溫度調(diào)整時(shí)也須實(shí)行肯定措施，這些都是熱電偶在測(cè)溫時(shí)的缺乏之處。因此，工業(yè)上在測(cè)量低溫時(shí)通常承受另一種測(cè)量元件，即：熱電阻。熱電阻溫度計(jì)的測(cè)量范圍為-20O℃～+850℃。熱電阻溫度計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是：測(cè)量精度高，無(wú)冷端補(bǔ)償問(wèn)題，特別適宜于-200℃；銦電阻3.4K它的缺點(diǎn)是：不能測(cè)量太高的溫度；需外電源供電，因此使用受到限制；連接導(dǎo)線的電阻易受環(huán)境溫度的影響，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。熱電阻的測(cè)溫原理從物理學(xué)中我們知道，導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值是隨著溫度的變化而變化的，一般說(shuō)來(lái)，它們之間有如下關(guān)系，即Rf(t)通常用電阻溫度系數(shù)α來(lái)描述電阻值隨著溫度變化而變化這一特性，它的定義是：在某一溫度間隔內(nèi)，溫度變化1℃時(shí)的電阻相對(duì)變化量，單位為1/℃。依據(jù)定義，α可用下式表示：RR R t t0R ttt0

Rtt0金屬導(dǎo)體的電阻一般隨溫度上升而增大，α為正值，稱為正的電阻溫度系數(shù)。用于測(cè)溫的半導(dǎo)體材料的α為負(fù)值，即具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)。各種材料的α0.38％～0.68％左右。它的大小與導(dǎo)體本身的純度有關(guān)，α越大，導(dǎo)體材料的純度越高。通常用電阻比R100

/R來(lái)表示材0R100

代表在1OOR0

代表在0℃時(shí)的電阻值。而半導(dǎo)體2O1℃，其電阻值要變化-2～-6%。假設(shè)能設(shè)法測(cè)出電阻值的變化，就可相應(yīng)地確定溫度的變化，達(dá)到測(cè)溫的目的。電阻溫度計(jì)就是利用導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻值隨著溫度變化這一特性來(lái)進(jìn)展溫度測(cè)量的。即把溫度變化所引起導(dǎo)體電阻變化，通過(guò)測(cè)量橋路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后送入顯示儀表以指示或記錄被測(cè)溫度。由上述可知，熱電阻溫度計(jì)和熱電偶溫度計(jì)的測(cè)量原理是不同的。熱電偶而熱電阻溫度計(jì)則是把溫度的變化通過(guò)測(cè)溫元件熱電阻轉(zhuǎn)換為電阻值的變化來(lái)測(cè)量溫度的。熱電阻溫度計(jì)適用于測(cè)量-200～+850℃低溫范圍內(nèi)液體、氣體、蒸汽及固體外表溫度，它和熱電偶溫度計(jì)一樣也具有遠(yuǎn)傳自動(dòng)記錄和多點(diǎn)測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)此外它的輸出信號(hào)大，測(cè)量準(zhǔn)確，所以在1990年國(guó)際溫標(biāo)(ITS-90)中規(guī)定：13.8033K～961.78℃溫區(qū)內(nèi)以鉑電阻溫度計(jì)作為基準(zhǔn)器。 熱電阻的材料和要求熱電阻測(cè)溫的機(jī)理是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)，但不是全部導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料都可以作為測(cè)量元件，還得從其它方面的性能來(lái)考慮和選擇，對(duì)熱電阻材料的要求有：物理、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，測(cè)量精度高，抗腐蝕，使用壽命長(zhǎng)。電阻溫度系數(shù)要大，即靈敏度要高。電阻率要高，以使熱電阻的體積較小，減小測(cè)溫的時(shí)間常數(shù)。熱容量要小，使電阻體熱惰性小，反響較靈敏。線性好，即電阻與溫度關(guān)系成線性或?yàn)槠交€。易于加工，價(jià)格廉價(jià)，降低制造本錢。復(fù)現(xiàn)性好，便于成批生產(chǎn)和部件互換。 常用熱電阻最常用的金屬熱電阻有鉑熱電阻、銅熱電阻和鎳熱電阻三種。1.鉑熱電阻〔-200~850℃〕鉑熱電阻的特點(diǎn)是測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好、性能牢靠，但是在復(fù)原性介質(zhì)中，特別是在高溫下很簡(jiǎn)潔被從氧化物中復(fù)原出來(lái)的蒸汽所玷污而變脆，并轉(zhuǎn)變電阻與溫度間關(guān)系。為了抑制上述缺點(diǎn)使用時(shí)熱電阻芯應(yīng)裝在保護(hù)套管中。電阻值與溫度間的關(guān)系如下：在-200～0℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示，R Rt

1AtBt2Ct3

0～850℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示，

R R(1AtBt2)t 0R：溫度為tR：溫度為O℃時(shí)熱電阻的電阻值；t 0A=3.9083×10-3/B=-5.775×10-7/℃2，C=-4.183×10-12/℃4。鉑的純度目前技術(shù)水平已可到達(dá) R /R100 0

1.3930，其相應(yīng)鉑的純度為99.9995%工業(yè)用鉑電阻其純度為R /R100 0

1.387~1.391R /R100

1.3925。2.銅熱電阻〔-50~150℃〕工業(yè)上常用銅熱電阻來(lái)測(cè)量-5O℃～+15O℃范圍的溫度，銅簡(jiǎn)潔提純，價(jià)其中(4.25~4.28)103/C 。但是銅的電阻率(比電Cu0.017mm2/mPt0.0981mm2/m5/6，所以制成肯定電阻值的熱電阻時(shí)，與鉑相比，假設(shè)電阻絲的長(zhǎng)度一樣時(shí)，則銅電阻絲就很細(xì)，機(jī)械強(qiáng)度降低，假設(shè)線徑一樣，長(zhǎng)度則增加很多倍，體積增大。此外，銅在1OO℃以上簡(jiǎn)潔氧化，抗腐蝕性能又差，所以工作溫度不超過(guò)15O℃。3.鎳熱電阻〔-60~180℃〕鎳熱電阻的溫度系數(shù)大，靈敏度比鉑和銅的高，常用來(lái)測(cè)量-6O℃～+18O℃范圍的溫度。鎳熱電阻的電阻比R /R100 0

1.618。鎳電阻與溫度的關(guān)系可用下式表示：

R 100AtBt2Ct4t式中A=0.5485/℃，B=0.665×10-3/℃2，C=2.805×10-9/℃4。由于鎳熱電阻的制造工藝較簡(jiǎn)單，很難獲得α一樣的鎳絲，因此它的測(cè)量準(zhǔn)確度低于鉑熱電阻，我國(guó)目前規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)化熱電阻的分度號(hào)有Ni100，Ni300，Ni500。4.半導(dǎo)體熱敏電阻半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)是利用錳、鎳、銅和鐵等金屬氧化物配制成的熱敏電阻作為測(cè)溫元件，其外形有珠形、圓形、墊圈形和薄片形，常用的有61型珠形及微型珠形半導(dǎo)體熱敏電阻。與一般熱電阻不同之處在于它是負(fù)電阻溫度系數(shù)，溫度上升，電阻降低，變化幅度也大，電阻溫度系數(shù)α達(dá)-2～-7%，較金屬熱電阻大10～100倍，因此，可承受精度較低的顯示儀表。其特性曲線如下圖。由于它具有良好的抗腐蝕性、靈敏度高、熱慣性小、構(gòu)造簡(jiǎn)潔、壽命長(zhǎng)、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，可用于腐蝕性介質(zhì)溫度、外表溫度及體溫等的溫度測(cè)量，缺點(diǎn)是測(cè)量范圍小(-40-350℃)，互換性差，溫度-電阻特性是非線性的。熱敏電阻的溫度系數(shù)α與溫度的平方成反比關(guān)系，即α＝-〔β／T2〕Rt/R0℃熱敏電阻的電阻值高。它的電阻值較鉑熱電阻高Rt/R0℃RT=AeB/T式中T—溫度，K；R-溫度T時(shí)的電阻值，Ω；e-自然對(duì)數(shù)的底；AB—打算于熱敏電阻材料和構(gòu)造的常數(shù)，AB圖示為半導(dǎo)體熱敏電阻的阻值—溫度特性，它是一條指數(shù)曲線。熱敏電阻的體積小，熱慣性也小，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，依據(jù)需要可制成各種外形，φ0.2mm．常用來(lái)測(cè)點(diǎn)溫。熱敏電阻的資源豐富、價(jià)格低廉?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，元件外表用玻璃等陶瓷材料封裝，可用于環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合。有效地利用這些特點(diǎn)，可研制出靈敏度高、響應(yīng)速度快、使用便利的溫度計(jì)。半導(dǎo)體熱敏電阻常用的材料由鐵、鎳、錳、鈷、鉬、鈦、鎂等復(fù)合氧化物高溫?zé)Y(jié)而成。熱敏電阻的主要缺點(diǎn)是其阻值與溫度的關(guān)系呈非線性。元件的穩(wěn)定性及互350℃以上的高溫。熱電阻的構(gòu)造、型號(hào)、主要規(guī)格及技術(shù)特性一、一般熱電阻通常都由電阻體、絕緣子、保護(hù)套管和接線盒四個(gè)局部組成。除電阻體外，其余局部的構(gòu)造和外形與熱電偶的相應(yīng)局部一樣。鉑電阻體是用很細(xì)的鉑絲繞在云母、石英或陶瓷支架上做成的，外形有平板形、圓柱形及螺旋形等。常用的WZB型鉑電阻體是由直徑0.03～0.07mm的鉑絲繞在云母片制成的平板形支架上。云母片的邊緣上開(kāi)有鋸齒形的缺口，鉑絲繞在齒縫內(nèi)以防短路。鉑絲繞成的繞組兩面蓋以云母片絕緣。為了改善熱電阻的動(dòng)態(tài)特性和增加機(jī)械強(qiáng)度。再在其兩側(cè)用金屬薄片制成的夾持件將它們鉚在一起。鉑絲繞組的線端與1銀絲引出線相焊，并穿以瓷套管加以絕緣和保護(hù)。工業(yè)上還常用微型鉑熱電阻，它的體積小，熱慣性小，氣密性好。它的構(gòu)造如下圖，是由刻有螺紋的圓柱形玻璃棒(高溫鉑電阻使用石英支架)上繞以0.04～0.05已退火的鉑絲(石英支架用螺旋形鉑絲)，引出線用0.5mm的鉑絲，外面套以4.5mm的特別玻璃管(或石英管)作為保護(hù)套管。從削減引出線和連接導(dǎo)線電阻因環(huán)境溫度變化所引起的測(cè)量誤差考慮，希望鉑電阻初始值R0

R0

同時(shí)，流過(guò)熱電阻的測(cè)量電流在熱電阻上產(chǎn)生的熱量也增大，從而造成附加的測(cè)量誤差。我國(guó)常用的工業(yè)鉑電阻分度號(hào)P10Rt

10，P100Rt

100。鉑熱電阻分度特性參見(jiàn)分度表。銅電阻體是一個(gè)銅絲繞組(包括錳銅補(bǔ)償局部)，它是由直徑為0.lmm的高強(qiáng)度漆包銅線用雙線無(wú)感繞法繞在圓柱形塑料支架上而成，如下圖。為了防止銅絲松散，加強(qiáng)機(jī)械固緊以及提高其導(dǎo)熱性能，整個(gè)元件經(jīng)過(guò)酚醛樹(shù)脂(或環(huán)氧樹(shù)脂)的浸漬處理，而后還必需進(jìn)展烘干(同時(shí)也起老化作用)，烘干溫度為120℃，保持24小時(shí)，然后冷卻至常溫，再把銅絲繞組的出線端子與鍍銀銅絲制成的引出線焊牢，并穿以絕緣套管，或直接用絕緣導(dǎo)線與其焊接。0 銅電阻的分度號(hào)有C50取R 50，C100取R 1000 u u表。此外，對(duì)電阻體引出線也有肯定的要求，一般要求引出線對(duì)金屬熱電阻絲及連接的銅導(dǎo)線不會(huì)產(chǎn)生很大的熱電勢(shì)，且化學(xué)穩(wěn)定性好。標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)型儀表用金或鉑作引出線。工業(yè)用熱電阻的引出線，高溫下用銀，低溫下用銅。熱電阻的型號(hào)系承受漢語(yǔ)拼音字母來(lái)表示，第一字母W表示溫度，其次字母Z表示熱電阻，第三字母則分別表示熱電阻的分度號(hào)，鉑電阻為P，銅電阻為C鎳電N。熱阻的主要技術(shù)特性0℃時(shí)電阻允許0℃時(shí)電阻允許根本誤差允許0℃時(shí)電阻值 測(cè)量范圍代號(hào)分度號(hào) 誤差 電阻比〔R〔Ω〕/R〕100 0值〔℃〕〔%〕〔℃〕10Pt10Δt=±(0.15+2〔0~850℃〕WZ