熱電偶的材料和技術(shù)標準

在實際應(yīng)用中,為了工作可靠且有足夠的測量準確度,并不是所有的材料均可用來作熱電偶,對組成熱電偶的材料要求如下: 
(1)熱電特性好。熱電特性指的是熱電勢與溫度的關(guān)系,它又可分為以下四個方面: 
1)熱電勢與溫度應(yīng)為單值的、線性的或者接近線性的關(guān)系。這樣,可以使顯示儀表的刻度線性化,以提高內(nèi)插準確度。 
2)在測溫中產(chǎn)生的熱電勢或熱電勢隨溫度的變化率要大,以保證有足夠的測量靈敏度。 
3)穩(wěn)定性好,即在側(cè)量溫度范圍內(nèi),經(jīng)過長期使用后,熱電勢不產(chǎn)生變化,或在規(guī)定的允許范圍內(nèi)變化。 
4)互換性好,即采用同樣材料和工藝制造的熱電偶,其熱電特性相同,這樣可制定統(tǒng)一的分度表,便于配接溫度變送器。 
(2)物理化學(xué)性能穩(wěn)定,不易被氧化、腐蝕或沽污。 
(3)測溫范圍寬。在選擇熱電偶材料時,最好選熔點高、飽和蒸氣壓低的金屬或合金。這樣的熱電偶不僅測沮上限高,而且測溫范圍寬。 
(4)良好的物理特性:如高的電導(dǎo)率,小的比熱,小的電阻溫度系數(shù)等。如果電阻溫度系數(shù)太大,則在不同的溫度下,熱電偶本身的電阻相差很大,當采用動圈儀表測溫時,就會產(chǎn)生較大的附加誤差。用于低溫測量的熱電偶,要求有較小的熱導(dǎo)率,以減小熱傳導(dǎo)誤差。 
熱電偶的技術(shù)標準 
(B型熱電偶)鉑銠30-鉑銠6熱電偶 
鉑銠30-鉑銠6熱電偶(B型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(BP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為30%,含鉑為70%,負極(BN)為鉑銠合金,含銠為量6%,故俗稱雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1600℃,短期最高使用溫度為1800℃。 
B型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高,穩(wěn)定性最好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長,測溫上限高等優(yōu)點。適用于氧化性和惰性氣氛中,也可短期用于真空中,但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個明顯的優(yōu)點是不需用補償導(dǎo)線進行補償,因為在0~50℃范圍內(nèi)熱電勢小于3μV。 
B型熱電偶不足之處是熱電勢,熱電勢率較小,靈敏讀低,高溫下機械強度下降,對污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。主要使用于數(shù)字溫度表高溫介質(zhì)測量。 
(K型熱電偶)鎳鉻-鎳硅熱電偶 
鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10,負極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200~1300℃。 
(S型熱電偶)鉑銠10-鉑熱電偶 
鉑銠10-鉑熱電偶(S型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(SP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為10%,含鉑為90%,負極(SN)為純鉑,故俗稱單鉑銠熱電偶。該熱電偶長期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。 
S型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高,穩(wěn)定性最好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長等優(yōu)點。它的物理,化學(xué)性能良好,熱電勢穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化性和惰性氣氛中。由于S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能,符合國際使用溫標的S型熱電偶,長期以來曾作為國際溫標的內(nèi)插儀器,“ITS-90”雖規(guī)定今后不再作為國際溫標的內(nèi)查儀器,但國際溫度咨詢委員會(CCT)認為S型熱電偶仍可用于近似實現(xiàn)國際溫標。 
S型熱電偶不足之處是熱電勢,熱電勢率較小,靈敏讀低,高溫下機械強度下降,對污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。 
(R型熱電偶)鉑銠13-鉑熱電偶 
鉑銠13-鉑熱電偶(R型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(RP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為13%,含鉑為87%,負極(RN)為純鉑,長期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。 
R型熱電偶在熱電偶系列中具有準確度最高,穩(wěn)定性最好,測溫溫區(qū)寬,使用壽命長等優(yōu)點。其物理,化學(xué)性能良好,熱電勢穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化性和惰性氣氛中。由于R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當,在我國一直難于推廣,除在進口設(shè)備上的測溫有所應(yīng)用外,國內(nèi)測溫很少采用。1967年至1971年間,英國NPL,美國NBS和加拿大NRC三大研究機構(gòu)進行了一項合作研究,其結(jié)果表明,R型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比S型熱電偶均好,我國目前尚未開展這方面的研究。 
R型熱電偶不足之處是熱電勢,熱電勢率較小,靈敏讀低,高溫下機械強度下降,對污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。 
(N型熱電偶)鎳鉻硅-鎳硅熱電偶 
鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(N型熱電偶)為廉金屬熱電偶,是一種最新國際標準化的熱電偶,是在70年代初由澳大利亞國防部實驗室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個重要缺點:K型熱電偶在300~500℃間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動勢不穩(wěn)定;在800℃左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動勢不穩(wěn)定。正極(NP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4,負極(NN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1,其使用溫度為-200~1300℃。 
N型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜,不受短程有序化影響等優(yōu)點,其綜合性能優(yōu)于K型熱電偶,是一種很有發(fā)展前途的熱電偶. 
N型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛中。 
(E型熱電偶)鎳鉻-銅鎳熱電偶 
鎳鉻-銅鎳熱電偶(E型熱電偶)又稱鎳鉻-康銅熱電偶,也是一種廉金屬的熱電偶,正極(EP)為:鎳鉻10合金,化學(xué)成分與KP相同,負極(EN)為銅鎳合金,名義化學(xué)成分為:55%的銅,45%的鎳以及少量的錳,鈷,鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。 
E型熱電偶熱電動勢之大,靈敏度之高屬所有熱電偶之最,宜制成熱電堆,測量微小的溫度變化。對于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏,宜用于濕度較高的環(huán)境。E熱電偶還具有穩(wěn)定性好,抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅,鐵-康銅熱電偶,價格便宜等優(yōu)點,能用于氧化性和惰性氣氛中,廣泛為用戶采用。 
E型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性氣氛中,熱電勢均勻性較差。 
(J型熱電偶)鐵-銅鎳熱電偶 
鐵-銅鎳熱電偶(J型熱電偶)又稱鐵-康銅熱電偶,也是一種價格低廉的廉金屬的熱電偶。它的正極(JP)的名義化學(xué)成分為純鐵,負極(JN)為銅鎳合金,常被含糊地稱之為康銅,其名義化學(xué)成分為:55%的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳,鈷,鐵等元素,盡管它叫康銅,但不同于鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅,故不能用EN和TN來替換。鐵-康銅熱電偶的覆蓋測量溫區(qū)為-200~1200℃,但通常使用的溫度范圍為0~750℃ 
J型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,價格便宜等優(yōu)點,廣為用戶所采用。 
J型熱電偶可用于真空,氧化,還原和惰性氣氛中,但正極鐵在高溫下氧化較快,故使用溫度受到限制,也不能直接無保護地在高溫下用于硫化氣氛中。 
(T型熱電偶)銅-銅鎳熱電偶 
銅-銅鎳熱電偶(T型熱電偶)又稱銅-康銅熱電偶,也是一種最佳的測量低溫的廉金屬的熱電偶。它的正極(TP)是純銅,負極(TN)為銅鎳合金,常之為康銅,它與鎳鉻-康銅的康銅EN通用,與鐵-康銅的康銅JN不能通用,盡管它們都叫康銅,銅-銅鎳熱電偶的蓋測量溫區(qū)為-200~350℃。 
T型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,價格便宜等優(yōu)點,特別在-200~0℃溫區(qū)內(nèi)使用,穩(wěn)定性更好,年穩(wěn)定性可小于±3μV,經(jīng)低溫檢定可作為二等標準進行低溫量值傳遞。 
T型熱電偶的正極銅在高溫下抗氧化性能差,故使用溫度上限受到限制。 
K型熱電偶具有線性度好,熱電動勢較大,靈敏度高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強,價格便宜等優(yōu)點,能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。在數(shù)字溫度表中使用廣泛。 
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛中。 

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