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热电偶的基本知识
热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。其优点是：
? 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。
? 测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如
金铁镍铬），最高可达+2800℃（如钨-铼）。
? 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。
一、热电偶测温基本原理
将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图1所示。当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。
图1 热电偶工作原理图
如图1所示，热电偶的一端将A、B两种导体焊在一起，置于温度为t的被测介中称为自由端，放在温度为t0的恒定温度下。当工作端的被测介质温度发生变化时，热电势随之发生变化，将热电势送入显示仪表进行指示或记录，或送入微机进行处理，即可获得温度值。
热电偶两端的热电势差可以用下式表示：
式中：Et-热电偶的热电势；eAB(t)-温度为t时工作端的热电势；eAB(t0)-温度为t0时自由端的热电势 当自由端温度t0恒定时，热电势只与工作端的温度有关，即Et=f(t)。
当组成热电偶的热电极的材料均匀时，其热电势的大小与热电极本身的长度和直径大小无关，只与热电极材料的成分及两端的温度有关，因此，用各种不同的导体或半导体材料可做成各种用途的热电偶，以满足不同温度对象测量的需要。
二、热电偶的种类
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常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。
1、标准化热电偶
我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。这七种标准化热电偶的使用特性见表1，分度表详见2。
表1 标准化热电偶使用特性
等级及允许偏差 序号 分度号 热电偶名称 热电偶丝直径（mm） 温度范围℃ 0~1100 1 S 铂铑10-铂 0.5-0.020Ⅰ 允许偏差 ±1℃ ±[1+温度范围℃ 0~600 Ⅱ 允许偏差 ±1.5℃ 温度范围℃ Ⅲ 允许偏差 0~1600 ±0.5%t ≤600 >600 600~800 ±3℃ ±0.5%t ±4℃ 1100~1600 （t-1100）600~1600 ±0.25%t ×0.003]℃ 2 B 铂铑30-铂铑6 0.5-0.015 -- -- 600~1700 ±0.25%t 900~1700 ±0.5%t 0.3，0.5，0.8，3 K 镍铬-镍硅 1.0，1.2，1.6，2.0，2.5，3.2 0.3，0.5，4 J 铁康铜 0.8，1.2，1.6，2.0，3.2 ≤400 ±1.6℃ ≤400 ±3℃ -200~0 ±1.5%t >400 ±0.4%t >400 ±0.75%t -40~750 ±1.5℃或(±0.4%t) -40~750 ±2.5℃或(±0.75%t) -- -- 0~1100 ±1℃ 5 R 铂铑13-铂 0.5-0.0200~600 ±1.5℃ -- -- ±[1+1100~1600 （t-1100）600~1600 ±0.25%t ×0.003℃ 学 海 无 涯
0.3，0.5，6 E 镍铬-康铜 0.8，1.2，1.6，2.0，3.2 0.2，7 T 铜-康铜 0.3，0.5，1.0，1.6 -40~350 ±05℃或(±0.4%t) -40~350 ±1.0或(±0.75) ±1或-200~+40 ±1.5%t -40~800 ±1.5℃或(±0.4%t) -40~900 ±2.5℃或±2.5℃或-200~+40 (±0.75%t) (±1.5%t) 注：
? t为被测温度
? 允许偏差以℃值或实际温度的百分数表示,两者中采用计算数值的较大值
2、非标准化热电偶
非标准化热电偶使用概况见表2
表2 非标准热电偶使用概况
材料 名称 正极 负极 测温范围℃ 允许误差℃ 特点 用途 测量钴铂铑-3 铂 0~1600 热电势较铂铑10大,其它一样 合金熔液温度<1501℃ 铂铑13 铂铑1 铂铑20 铂铑5 0~1700 ≤600为±10 在高温下抗沾污性能和机械性能好 0~1700 >600为±0.5%t 在高温下抗氧化性能,机械性能好,各种高化学稳定性好,50℃以下热电势小,温测量 参比端可以不用温度补偿 航空和铱铑40 铂铑20 0~1850 高温热电偶 铱铑40 铱 300~2200 铱铑60 铱 ≤1000为±10 热电势与温度线性好,适用于氧化,空间技>1000为±1.0%t 真空,惰性气体,热电势小,价贵,寿术及其命短 他高温测量 钨铼3 钨铼25 300~2800 钢水温≤1000为±10 上限温度高,热电势比上述材料大,度测量>1000为±1.0%t 线性较好,适用于真空,还原性和惰及其他性气氛 高温测量 钨铼5 钨铼20 学 海 无 涯
镍铬 金铁0.07% -270~0 在极低温下,灵敏度较高,稳定性低温热电偶 铜 金铁0.07% -270~-196 ±1.0 好,热电极材料易复制,是较理想的低温热电偶 用于超导,宇航,受控热核反应等低温工程以及科研部门 碳 石墨 测温上限2400 测温上限2000 测温上限1700 热电势大,熔点高,价格低廉,但复现性和机械性能差 用于耐火材料的高温测量 非金属热电偶 硼化锆 碳化锆 二硅化钨 二硅化钼 注：t为被测温度的绝对值 二、热电偶的结构形式
为了保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下：
? 组成热电偶的两个热电极的焊接必须牢固； ? 两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； ? 补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； ? 保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。
按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式。 1、普通型热电偶
普通型热电偶是使用最多的，主要用来测量气体、蒸汽和液体等介质的温度。根据测温范围及环境的不同，所用的热电偶电极和保护套管的材料也不同，但因使用条件基本类似，所以这类热电偶已标准化、系列化。按其安装时的连接方法可分为螺纹连接和法兰连接两种。图2-1所示为普通热电偶结构图。
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图2-1
2、铠装热电偶
铠装热电偶又称缆式热电偶，是由热电极、绝缘材料（通常为电熔氧化镁）和金属保护管三者结合，经控制而成一个坚实的整体。
铠装热电偶有单支（双芯）和双支（四芯）之分，其测量端有露头型、接壳型和绝缘型三种基本形式。见表2-1
序号 测量端形式 示意图 特点 1 露头型 时间常数小；适用于良好的气氛，寿命短 时间常数较序号1大；适用于 较坏的气氛 时间常数较序号2大；适用于 较恶劣的气氛，寿命长 2 接壳型 3 绝缘型 表2-1铠装热电偶测量端的结构形式及特点
铠装热电偶的参比端（接线盒）形式有简易式、防水式、防溅式、接插式和小接线盒式等。 铠装热电偶具有体积小、精度高、动态响应快、耐振动、耐冲击、机械强度高、可挠性好，便于安装等优点，已广泛应用在航空、原子能、电力、冶金和石油化工等部门。
3、表面热电偶
表面热电偶主要用来测量圆弧形表面温度。它的测温结构分为凸形、弓形和针形。图2-2所示为直柄式弓形热电偶结构示意图，表2-2为WRKM系列表面热电偶。
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