热电偶的种类和结构形式

(1)标准化热电偶是指工艺成熟、可批量生产、性能ft良好、广泛、应用业界标准文件中已有的一些热电偶。 同一型号的标准化热电偶是可交换的，具有统一的尺度表，使用方便，并且有其设置的显示仪表。

现在国际上有8种标准化的热电偶，其性能分布如表2-4所示，热电动势和温度的关系(热电特性)如图2-15所示。 在此，温度的测定范围是指热电偶能够在良好的使用环境下测定温度的极值，在实际使用中，特别是在长期使用中，通常能够测定的温度的上限是极限值的60~80%。 从图2-15可以看出，热电偶的热电动势和温度之间存在非线性，使用时需要进行补偿。

表2-4

标准化热电偶

刻度

热电偶名称

等级

温度范围/T

容许误差

I

0-1100

±；">

s

铂铑1 ( )铂

1100 -1600

±；

注:1.铂铑1C )表示含有90%铂、10%铑，以下相同。

2 .热电偶的名称前面写着正极材料，后面写着负极材料。

3. f是被测定温度，两个t都是t的值。

4 .容许误差以温度偏差值或被测定温度值的百分比表示，在两者中采用zui较大的值。

1 )铂铑I。 铂热电偶( s型) |该热电偶可在1300℃(有些国家规定为1400 sc )以下的温度范围内长期使用。 在良好的环境下可短期测量woot的高温q。 在所有标准化热电偶中，s型热电偶的精度等级zui高，稳定性zui好，且测温区域宽，寿命长，可作为精密测量和标准热电偶使用，适用于氧化性和惰性环境。 但是价格昂贵，热电动势小，灵敏度低，热电特性曲线的非线性大，不适合还原性气氛和含有金属和非金属蒸汽的气氛。

2 )铂铑13铂热电偶( r型) r型与s型热电偶相比，热电动势稍大(约15% )，

然而，灵敏度仍然很低，其他特点相同。

3 )铂铑3q； 柏铑6热电偶( b型)。 b型热电偶两热电极均为锡牌合金&rsquo； 因此，也称为铂铑热电偶，能够长期测定16001的高温，能够短期测定18001的高温。 性能稳定，测量精度高，具有适合在氧化性和惰性气氛中使用的特点，也适合在真空中短期使用，但b型热电偶易被还原性气氛侵蚀，热电动势小，灵敏度低于s型热电偶，且价格昂贵。 低温下热电动势极小，50T以下时补偿冷温度&lsquo；

4 )镍铬合金热电偶( k型为工业广泛使用的7种廉价金属热电偶，长期使用的测温上限达到1000T，短期测量达到BOOT，可配合氧化性和惰性气氛使用|其优点是灵敏度高(每1T变化的热电动势变化为0. 04mV )，热电动势为s型的4 ~5倍，热电特性 缺点是精度低，不适合还原气氛。 .

5 )镍铬合金单镍硅热电偶( n型) fN型热电偶是新型镍基合金测温材料&rsquo； 国际上也是近20年来廉价金属热电偶合金材料研究取得的唯一重大成就。 n型热电偶的测温范围为-200 ~1300℃，长期使用测温上限为1200℃，短期为1300℃。 其优点在于，在相同条件、特别是1100 ~ 1300℃的高温条件下，n型热电偶的高温稳定性及寿命与k型热电偶相比倍增，接近s型热电偶，但其价格仅为s型的1/20 . 在不能忍受其他金属热电偶时或不合理时能够使用的400以上1300℃的范围内，与k型热电偶相比，n型热电偶的热电特性具有优异的线性，因此在-200〜1300℃的整个温度范围内，倾向于局部取代现有的贱金属热电偶。 但是，n型热电偶因材料硬，在低温区域(-200 ~400℃)的非线性误差大。

6 )镍铬合金( e型) &bdquo； 这是I种标准化热电偶中灵敏度zui高的热电偶，能够测定微小温度的变化比较重要的低温热电偶t适合在-200 ~ +900℃范围内的氧化性和惰性气氛中使用，特别是湿度高的情况下，比其他热电偶耐腐蚀，价格比k型热电偶便宜的缺点是热电均匀性差，还原

7 )铁一康铜( j型yp为I行业广泛使用的热电偶，价格便宜灵敏度高，测量范围广，可在氧化或还原气氛中使用，化工厂温度测量_J型热电偶的测量上限多，氧化性气氛为7501，还原性气氛为9501。 但是在高温条件下，铁热电极的氧化速度加快，长期使用温度不得超过538T，必须选择粗线径的热电偶线材。

8 )铜一康铜( t型)。 该热电偶是几个标准化热电偶中zui便宜的14种，适合在-200 ~ +400T :的范围内测温。 优点是热电极线的均匀性好，热电动势大，线性好，在低温下具有良好的稳定性，可用于-200T的测定的左右低温，在0 ~ 100X下可作为n级标准设备。 但是，再现性比拳头的耐氧化性差，在氧化性气氛中长时间测定不得超过300T。

以上8种标准热电偶中，前3种属于金属热电偶，后5种属于金属热电偶

(2)非标准化热电偶非标准化热电偶有钨铼系、铂铑系、铱铑系热电偶等，一般使用*种类。 未标准化的热电偶也有热电偶索引表，但一个热电偶有索引表，不能共用索引表。

].)钨铼系列热电偶。 应用多种定型热电偶，其特点是热电动势大、灵敏度高，适合在干氢、真空和惰性气氛中使用，但不适合在还原性气氛、湿氢和氧化性气氛中使用。 钨铼热电偶的zui高使用温度一般是2400"C，没有绝缘材料的制约，也可以测量更高的温度。 列人中国国家标准的钨铼系热电偶有钨铼3有钨铼25、钨铼5； 钨铼26，其长期使用温度范围为300 ~2000丈:我国钨铼资源丰富，钨铼热电偶价格便宜，可部分替代贵金属热电偶，是高温领域有前途的测温元件。 钨铼系列热电偶的允许误差如表2-5H所示

表2-5

钨铼基热电偶的允许误差

刻度

热电偶名称

测量端温度/℃

允许误差/℃

WRe3战斗机

<； br/>； WRe25战斗机

钨铼3； 钨铼25

0 -400

±； 4℃:

400 〜2300

±； 0. 01t

were5

<； br/>； wre 26战斗机

钨铼- 5钨铼26

0 -400

±； 4℃

400 ~ 2300

±； 0.01t

2 )非金属热电偶。 近年来非金属热电偶的发展备受瞩目。 其特征是热电动势和热电动势大大超过金属热电偶，熔点高，测温上限高于金属热电偶，可用于氧化性和碳性气氛等。 目前这类热电偶已成熟为石墨一碳化钛热电偶和碳化硼一石墨热电偶等。 但是非金属热电偶具有重现性极差、脆性大、体积大、输出非线性等缺点，需要在今后的研究中予以解决。

5 .热电偶的结构形式

(1)组装式热电偶组装式热电偶主要用于测量气体、氡和液体的温度|这种类型的热电偶已经成为标准形式，其中包括棒形、方形和锥形等|从安装固定方式来看，有固定凸缘式、可动法s式、固定螺纹式、焊接固定式、无固定式等。 组装式热电偶主要由端子箱、保护管、连接端子、绝缘套管和热电极构成，如由各种安装固定装置构成1图2-16a、b所示，是以凸缘式和螺纹式组装热电偶的结构

1">

2 )绝缘套筒f绝缘套筒发挥防止两个热电极间或热电极与保护套筒间的短路的作用

套管材料相关人员弓涩！ 在烟草周围，1000T以下的普通陶瓷较多，1000 ~ 1300t之间高纯度氧化铝较多，1300~ 1600T之间刚玉较多。 绝缘套管的结构如图2.-17所示，有单孔、二孔、四孔等神

护套保护套的作用是防止热电偶直接接触被检测介质，防止机械损伤和个人腐蚀污染。">

4 )端子箱。 端子箱用于连接供热电极和补偿导线。 通常为铝合金； |制，I分为通式和密封式。 为了防止灰色¥和有害气体进入人热电偶保护套内，必须用垫圈和垫圈密封端子箱的线孔和盖子，在端子箱内排列紧固连接热电极和补偿导线的螺钉，以免产生大的接触电阻，影响测量的准确性。

(2)鞘型热电偶鞘型热电偶是由金属制套管、绝缘粉体和热电极组合加工而成的牢固的热电偶的组合体，每个套管也被称为套管热电偶，由磅钢等金属材料构成|热电极和热电极和金属制套管之间的绝缘为氧化镁粉或氧化铝 在保护套内可以复盖不同索引号的热电偶芯线，在保护套内复盖k型热电偶芯线时，通常称为k型护套热电偶，其他类推|保护管内护套|热电偶芯线称为单芯护套热电偶，否则称为多芯护套热电偶。

套管型热电偶的测量端一般有以下形式(图2-18 )

1">

2 )不碰底型。 热电偶的热接点被封闭在完全焊接的套管内，热电偶和套管之间相互绝缘。 这是zui的普通形式。

3 )头角型。 热电偶的热接点露出套筒外，只能在干燥的非腐蚀性介质中使用。

4 )将帽子型，即顶出型的热接点盖上套筒材料制成的保护帽，用银钎料密封。

鞘型热电偶可用于高压装置和狭窄管道的温度测量，与普通型热电偶相比，具有以下优点

①外径细(0. 25 ~ 12mm )热容量小，响应速度快6，

②套筒内部填充有实心，可应对强烈冲击和振动

③套筒薄，经退火处理，挠性高，可自由弯曲，安装方便。

④可作为温感元件放人一般型热电偶保护套内使用。

⑤鞘型热电偶具有性能稳定、规格齐全、价格低廉、测量范围广、适合各种测量的-200 ~ 1600^C的特点

(3)薄膜型热电偶这是真空蒸镀法，在绝缘基板上蒸镀2种金属热电极材料而形成的特殊结构的热电偶。 为了与保护绝缘，多在热电偶薄膜上镀Si02薄膜。 温度_测定范围为-200 ~ +300T。周围是薄膜热电偶的热接点薄的薄膜(可以薄至0.01 ~ 0.1mm )，尺寸也小，因此热惯性小，响应时间为数毫秒_可以测定瞬变的表面温度和It小的酿造温度

现在国产有BMB的I型手机胶卷

以陶瓷片为基材的热电偶，很好地解决了绝缘和电镀的牢固性问题。">

(4)快速微热电偶是用于测量钢水温度的热电偶，其结构如图2-20所示。 '；

快速微热电偶的工作原理与一般热电偶相同，其结构特点主要是温感元件小，而且测定后需要更换热电极的通常是采用直径为0.">

热电偶插入钢水后，保护帽急速熔化，u形石英保护管和被保护的热电偶暴露在钢水中。 石英管和热电偶的热容量都很小，钢水的温度很快就能反映出来，反应时间一般为4 ~6s。 .测量温度，由于热电偶的许多部件烧毁，因此也称为消耗式热电偶。 虽然是消耗式，但由于热电偶的灯丝细短，使用量少，其他材料多为纸和水泥，因此成本不高”，该热电偶的测定结果可靠，互换性好，精度误差为±； (5~7)℃

除了上述以外，还包括用于测定气流温度的掩模式热电偶、抽气式热电偶&rsquo； 用于测定高浓度氢气、甲烷等介质吹送式热电偶等