熱電偶的種類和結構形式

(1)標準化熱電偶所謂標準化熱電偶是指工藝較成熟，能成批生產，性能ft良，應 用廣泛并已列人工業標準文件中的幾種熱電偶。同一型號的標準化熱電偶可以互換，并具有 統一的分度表，使用很方便，且有與其配套的顯示儀表可供使用。

目前上已有8種標準化熱電偶，其性能簡介如表2-4所示，熱電動勢與溫度的關系 (熱電特性）如圖2-15所示。其中，溫度的測量范圍是指熱電偶在良好的使用環境下允許 測量溫度的極值，實際使用中，特別是長期使用時，一般允許測量的溫度上限是極限值的 60~80%。由圖2-15可見，熱電偶熱電動勢與溫度之間存在非線性，使用時應進行修正。

注：1.鉑銠1C)表示含鉑90%，銠10%，依此類推。

2. 熱電偶的名稱中寫在前面的是正極材料，寫在后面的是負極材料。

3. f為被測溫度，丨t丨為t的值。

4. 允許誤差以溫度偏差值或被測溫度值的百分數表示，二者之中采用zui大值。

1) 鉑銠i。一鉑熱電偶（S型）|這種熱電偶在1300℃ (有的國家規定為1400SC)以 下溫度范圍可以長期使用。在良好的環境下可短期測量woot的高溫Q.在所有標準化熱 電偶中，S型熱電偶準確度等級zui高，穩定性，且測溫區域寬，使用壽命長，可用于 精密測量和作為標準熱電偶，適用于氧化性和惰性氣氛中。但價格昂貴，熱電動勢小， 靈敏度低，熱電特性曲線非線性較大，不適于還原性氣氛和含有金屬或非金屬蒸氣的氣 氛中。

2) 鉑銠13—鉑熱電偶（R型)R型與S型熱電偶相比熱電動勢稍大（大約大15%),

但靈敏度仍不高，其他特點相同。

3) 鉑銠3Q—柏銠6熱電偶（B型）。由于B型熱電偶的兩熱電極均為鈿銘合金’因此又 稱為雙鉑銠熱電偶，可長期測量16001的高溫，短期可測18001的高溫。它的特點是性能 穩定，測量精度高，適于在氧化性和惰性氣氛中使用，也適合在真空中短期使用但B型 熱電偶在還原性氣氛中易被侵蝕，熱電動勢小，靈敏度比S型熱電偶還低，且價格昂貴。由于在低溫時熱電動勢極小，因此在50T以下時不需要對冷端溫度進行補償‘

4) 鎳鉻一鎳硅熱電偶（K型這是7種在工業中廣泛使用的廉金屬熱電偶，長期使 用測溫上限可達1000T ,短期測量可達BOOT ,造合于氧化性和惰性氣氛中使用|其優點 是靈敏度高（每變化1T熱電動勢變化0. 04mV),熱電動勢是S型的4 ~5倍，熱電特性接 近線性，復現性好，抗氧化性強，受輻射影響較小，故常被用于核工業測溫。缺點是準確度低，不適用于還原氣氛。.

5) 鎳鉻硅一鎳硅熱電偶（N型）fN型熱電偶是種新型鎳基合金測溫材料’也是上近20年來在廉金屬熱電偶合金材料研究方面取得的惟盤重大成果。N型熱電偶的測溫 范圍為-200 ~1300℃ ,長期使用測溫上限為1200℃,短期為1300℃。其優點是：在相同條 件下，尤其在1100 ~ 1300℃的高溫條件下，N型熱電偶的高溫穩定性及使用壽命較K型熱 電偶有成倍的提高，且與S型熱電偶接近，但其價格僅為S型的1/20;在1300℃以下，高 溫抗氧化能力強，耐核輻射能力強，耐低溫性能也好，可用于其他金屬熱電偶不能勝任或者 過于勉強的場合；在400上1300℃范圍內，與K型熱電偶相比，N型熱電偶的熱電特性線性 更好：因此，在-200?1300℃整個溫度范圍內，有全面代替傳統廉金屬熱電偶和部分取代 S型熱電偶的趨勢。但N型熱電偶材料較硬，難于加力努在低溫范圍內（-200 ~400℃) 的非線性誤差較大。

6) 鎳鉻一康銅（E型）„這是I種在標準化熱電偶中靈敏度zui高的熱電偶，可測微小 溫度的變化，是—種較重要的低溫熱電偶t適宜在-200 ~ +900℃范圍內的氧化性和惰性氣 氛中使用，尤其適宜在以下使用：在濕度較高的情況下，較其他熱電偶耐腐蝕，價格較 K型熱電偶便宜其缺點是熱電均勻性較差，不能用于還原性介質中。

7) 鐵一康銅（J型yp這是i業中應用很普遍的熱電偶，它價格低廉，靈敏度較高，測 量范圍較廣，在氧化或還原氣氛中均可使用，多用于化工廠的溫度檢測_J型熱電偶的測量 上限，在氧化性氣氛中為7501 ,在還原性氣氛中為9501。但高溫條件下，鐵熱電極的氧 化速度加快，因此長期使用溫度不宜超過538T,并且要選用粗線徑的熱電偶絲。

8) 銅一康銅（T型）。這種熱電偶是幾種標準化熱電偶中*的14種，適用于在 -200 ~ +400T：范圍內測溫。優點是熱電極絲的均勻性好，熱電動勢較大，線性度好，在低 溫下具有良好的穩定性裏可用于測量-200T；左右的低溫，在0 ~ 100X內可作為n級標準儀 器。但復現性較拳，抗氧化性差，在氧化性氣氛中長時間測量不宜超過300T。

以上8種標準熱電偶中，前3種屬于隸金屬熱電偶，后5種屬于廉金屬熱電偶：

(2)非標準化熱電偶非標準化熱電偶包括鎢錸系、鉑銠系和銥銠系熱電偶等，使用 較為普遍的是*種。非標準化熱電偶雖然也有熱電偶分度表，但一個熱電偶有一個分度 表，分度表不能共用。

].)鎢錸系熱電偶。這是一種應用較多已定型的熱電偶，特點是熱電動勢大，靈敏度 高，適宜在干氫、真空和惰性氣氛中使用，但不適宜在還原性氣氛、潮濕的氫氣及氧化性氣 氛中使用。鎢錸系熱電偶的zui高使用溫度一般為2400"C,若不受絕緣材料的限制，還可用 來測量更高的溫度。列人我國國家標準的鎢錸系熱電偶有鎢錸3—鎢錸25、鎢錸5—鎢錸26， 其長期使用溫度范圍為300 ~2000丈：我國鎢錸資源豐富，鎢錸熱電偶價格便宜，可部分取 代貴金屬熱電偶，它是高溫領域中很有前途的測溫元件。鎢錸系熱電偶的允許誤差見表 2-5H

2)非金屬熱電偶。近幾年來，非金屬熱電偶的發展是引人注目的。其特點是：熱電動 勢和熱電動勢率大大超過金屬熱電偶，熔點高，測溫上限高于金屬熱電偶，可用于氧化性和 碳性氣氛中等。此類熱電偶目前較成熟的有：石墨一碳化鈦熱電偶和碳化硼一石墨熱電偶 等。但非金屬熱電偶有復現性極差、脆性大、體積大和輸出非線性等缺點，尚需在今后的研 究中予以解決。

5.熱電偶的結構形式

(1)裝配式熱電偶裝配式熱電偶主要用于測量氣體、蒸氕和液體的溫度|這類熱電 偶已經做成標準形式，其中包括有棒形、角形和錐形等|從安裝固定方式來看，有固定法蘭 式、活動法S式、固定螺紋式、焊接固定式和無專門固定式等幾種。裝配式熱電偶主要由接 線盒、保護管、接線端子、絕緣套管和熱電極組成基本結構，并配以各種安裝固定裝置組成1圖2-16a、b所示為法蘭式和螺紋式裝配熱電偶的結構

1) 熱電極。熱電極是熱電偶的核心部分，.其直徑是由材料的價格、機械強度、電導 率、用途和測溫范圍所決定的。.如果是貴金屬，則熱電極直徑多為0.3 ~0. 65mm的細絲； 若是廉金屬，則熱電極直徑一般為0. 5 ~3. 2mm_熱電極的長度由安裝條件，特別是熱電偶 的插人深度來賊，通常為350 -2000mm

2) 絕緣套管f絕緣套管的作用是防止兩個熱電極之間或熱電極與保護套管之間短路

套管的打料吏弓涅！菹圍確定，在1000T以下多采用普通陶瓷，在1000 ~ 1300t之間多 采用高純氧化鋁.在1300~ 1600T之間多采用剛玉。絕緣套管結構有單孔、雙孔和四孔等 幾神，如畫2.-17所示

保護套管保護套管的作用是使熱電偶不直接與被測介質相接觸，以防受機械損傷 或被個質腐蝕、玷污。.保護套管的材質般根據測_范圍、加熱區長度、環境氣氛以及測溫 Et5寸間常數等條件來決定，主要有金屬、非金屬和金屬陶瓷三種||

4)接線盒。接線盒是供熱電極和補償導線連接用的。通常由鋁合；|制成，I般分為普 通式和密封式兩種。為了防止灰¥和有害氣體進人熱電偶保護套管內，接線盒的出線孔和蓋 子均用墊片和墊圈加以密封接線盒內用隊連接熱電極和補償導線的螺釘必須緊固，以免產 生較大的接觸電阻而影響測量的準確。

(2)鎧裝型熱電偶鎧裝型熱電偶是由金屬套管、絕緣粉料和熱電極組合加工而成的 一種堅實的熱電偶組合體，又稱為套管熱電偶每外套管一般由不鎊鋼等金屬材料制成|熱電 極之間和熱電極與金屬套管之間的絕緣采用氧化鎂粉或氧化鋁粉等高溫絕緣材料。保護套管 內可以鎧裝不同分度號的熱電偶絲，如保護套管內鎧裝K型熱電偶絲，通常就稱之為K型 鎧裝熱電偶，其他依此類推|若保護管內鎧裝|對熱電偶絲，就稱為單芯鎧裝熱電偶，否則 稱為多芯鎧裝熱電偶。

鎧裝型熱電偶的測量端一般有以下幾種形式（如圖2-18所示）：

1) 碰底型。套管與熱電偶絲焊在|起，其響應時間比露頭型慢，但比不碰底型快。

2) 不碰底型。熱電偶的熱接點封閉在*焊合的套管內，熱電偶與外套管之間是互相 絕緣的。這是zui普通的一種形式。

3) 露頭型。熱電偶的熱接點暴露在套管外面，僅在干燥的非腐蝕性介質中才能使用。

4)帽型，即把露頭型的熱接點套 上一個用套管材料做成的保護帽，用銀焊密封起來。

鎧裝型熱電偶可用于測量高壓裝 置及狹窄管道處的溫度，與普通型熱 電偶相比，具有如下優點：

①外徑細 (0. 25 ~ 12mm),熱容量小，因此響應. 速度快6、

②由于套管內部是填充實心 的，所以能適應強烈的沖擊和振動

③由于套管薄，并進行過退火處理， 故具有很好的可撓性，可任意彎曲， 便于安裝。

④可以作為感溫元件放人 普通型熱電偶保護套管內使用。

⑤鎧裝型熱電偶還具有性能穩定、規格齊全、價格便宜、測丨量范圍寬，適合于各種測量場合，在 -200 ~ 1600^C內均可使用的特點

(3)薄膜型熱電偶這是一種用真空 蒸鍍的方法，將兩種金屬熱電極材料蒸鍍到 絕緣基板上而形成的一種特殊結構的熱電2 偶，如圖2-19所示。為了保護和絕緣，常 在熱電偶薄膜上鍍上一層Si02薄膜。溫度_ 測量范圍為-200 ~ +300T；圍由于薄膜熱電 偶的熱接點是很薄的薄膜（可薄到0.01 ~ 0.1mm)，尺寸也很小，因此它的熱慣性小， 響應時間可達幾毫秒_可用來測量瞬變的表 面溫度和It小釀上的溫度,

目前國產的有BMB — I型便攜式薄膜

型熱電偶，它以陶瓷片作為基體材料，較好地解決了絕緣及鍍膜牢固性問題。該薄膜型熱電 偶的測溫范圍為0 ~ IMOT：,測溫準確度為0. 5% F. S，時間常數小于50ps,可廣泛用于科研和生產行業。

(4)快速微型熱電偶這是一種用來測量鋼水溫度的熱電偶，其結構如圖2-20所爾。'

快速微型熱電偶的工作原理與一般熱電偶 相同，其結構上的特點主要是感溫元件很 小，而且每次測量后需更換熱電極通常 采用直徑為0. 1mm的鑰姥1Q—鈾和銷 銠30—銷銠6等材料。熱電極和U形石英 保護管尺寸要小，以減小熱容量，加速動 態響應。為了保證測溫過程中熱電偶的冷 端與補償導線的連接處溫度不超過 100T； , 般用絕緣性能好的紙管保護支撐石英管和保護帽的高溫水泥也要有良 好的絕緣性能

當熱電偶插人鋼水中以后，保護帽迅速熔化，這時U形石英保護管和被保護的熱電偶 即暴露在鋼液中。由于石英管和熱電偶的熱容量都很小，因此能很快地反映出鋼水的溫度， 反應時間一般為4 ~6s。.在測出溫度后，熱電偶的許多部件都被燒壞，因此又稱為消耗式.熱 電偶。雖然是消耗式，但由于熱電偶偶絲又細又短，用量不多，其他材料大部分是紙和水 泥，因此成本并不高> 這種熱電偶的測量結果可靠、互換性好、準確度誤差為 ±(5~7)℃

除以上所述之外，還有用于測量氣流溫度的屏罩式熱電偶、抽氣式熱電偶’用于測量高 濃度氫氣、甲烷等介質的吹氣式熱電偶等