热电偶广泛用于测量和控制温度,其优点是精度高、结构简单、使用方 便。
热电偶是由两根成分不同,但具有一定热电特性的材料 (热电极) 焊接一端构成的。热电偶的焊接端称为工作端或热端,测温时将它插测温部位,其温度为t1; 另一端为自由端或冷端,其温度为t2。如果两端的温度不同 (t1>t2) 在回路中将产生热电动势,即可由指示仪表M显示出来,如图10-15所示。
主要热电偶材料的特点和用途见表10-34,热电偶主要规格见表10-35,常用热电偶的热电势见表10-36。
图10-15 热电偶测温原理示意图
图10-16 热电偶连接补偿导线的电路
各种温度仪表的刻度,都是按照热电偶冷端处于0℃时制造的,因此,冷端温度变化将影响被测温度指示的正确性。为了消除这个影响,在工业上常采用补偿导线法,如图10-16所示。
常用补偿导线的性能与用途见表10-37。
表10-34 主要热电偶材料的特点和用途
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热电偶材料 (主要成分)/(%) | 工作温度/℃ | 容许误差 | 主要特点 | 主要用途 | ||
| 正极 | 负极 |
短期工作 最高温度 |
推荐工 作温度 | |||
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铂铑40 (Pt60 Rh40) |
铂铑20 (Pt80 Rh20) | 1 850 | 1 600～1 800 |
≤600℃:±3℃ >600℃:±0.5%t |
最有良好的化学稳定性、热稳 定性和高温抗氧化性。适用于真 空(短期使用)、惰性及氧化性 气氛中。不能用于还原性气氛或 含有铅、锌等金属蒸气和磷、 硫、砷等非金属蒸气的气氛,一 般不必进行自由端温度校正 |
用于测量1800℃高 温 |
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铂铑20 (Pt80 Rh20) |
铂铑5 (Pt95 Rh5) | 1 770 | 1 300～1 600 |
≤600℃:±3℃ >600℃:±0.5%t |
晶粒长大的倾向性少,稳定性 好。气氛适用情况同上,一般不 必进行自由端温度修正 |
用于钢水温度、各 种高温热处理炉、加 热炉及其他高温测量 |
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铂铑10 (Pt90Rh10) |
铂 (Pt100) | 1 600 | 1 000～1 300 |
≤600℃:±2.4℃ >600℃:±0.4%t |
精度较高,稳定性和重现性较 好,可作一、二等标准温度传 递。气氛适用情况同上 |
各种金属熔炼、高 温热处理炉、加热炉 及其他高温测量 |
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镍铬 (Ni90.5 Cr9.5) |
镍硅 (Ni97.5 Si2.5) | 1 300 | 600～1 250 |
≤600℃:±2.4℃ >600℃:±0.4%t |
在较廉价金属热电偶中具有最 好的抗氧化性能。适用于真空 (短期使用)惰性及氧化性气 氛。磷、硫及硅会影响其寿命 |
有色金属熔炼、各 种高温热处理炉、加 热炉及航空、石油、 化工等高温测量 |
续表
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热电偶材料 (主要成分)/% | 工作温度/℃ | 容许误差 | 主要特点 | 主要用途 | ||
| 正极 | 负极 |
短期工作 最高温度 |
推荐工 作温度 | |||
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镍铬 (Ni90.5 Cr9.5) |
镍铝 (Ni95A12 Mn2Sil) | 1 200 | 600～1 000 |
≤600℃:±2.4℃ >600℃:±0.4%t |
有良好抗氧化性能,能耐中子辐 照。气氛适用情况同上 |
可用于核场中 测温,余同上 |
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铁 (Fe100) |
康铜 (Cu55 Ni45) | 800 | 300～600 |
≤100℃:±3℃ >400℃:±0.75%t |
热电势与热电势率较高,价格较 廉,在真空中可长期使用。缺点是 在潮湿空气中易生锈。在500℃以 上易氧化。气氛适用情况同上 |
石油、化工等 生产中测温 |
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镍铬 (Ni90.5 Cr9.5) |
考铜 (Cu56.5 Ni43 Mn0.5) | 800 | 0～600 |
≤400℃:±4℃ >400℃:±1%t |
在常用热电偶材料中,它具有最 高热电势和热电势率。耐蚀性及耐 热性比铁一康铜优良。气氛适用情 况同上 |
石油、化工等 生产中测温 |
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镍铬 (Ni90.5 Cr9.5) |
康铜 (Cu55 Ni45) | 800 | 0～600 |
≤400℃: ±4℃ >400℃:1%t |
耐中子辐照,其热电势和热电势 率比镍铬一考铜热电偶小,其他性 能基本相同。适用气氛同上 |
石油、化工等 生产中测温 |
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铜 (Cu100) |
康铜 (Cu55 Ni45) | 300 | 0～300 |
-40～100℃:±0.8℃ 100～300℃:±0.75%t 精密级的误差减半 |
均匀性和稳定性都较好。在潮湿 空气中有抗蚀性。气氛适用情况同 上 |
石油、化工等 生产中测温 |
表10-35 热电偶主要规格
| 型号 | 适用范围 | 保护管材料 |
惰性时 间/min |
总长度 /mm |
插入深度 /mm |
工作压 力/Pa |
铂铑-铂热电偶
| WRP-110 |
测1 300℃ 以下加热炉 温度 | 耐高温瓷 | 8 |
475,725, 975,1 225, 1 475,1 975 |
300,300, 500,500, 750,750 |
接近1× 106(1个 大气压) |
镍铬-镍铝热电偶
| WRN-110 |
测量900℃ 以下窑炉、反 射炉或其他 非液体介质 加热炉中温 度 | 耐高温瓷 | 8 |
500、750、 1 000、1 250 1 500、2 000 |
300,300, 500,500, 750,1 000 |
接近1× 106(1个 大气压) |
| WRN-111 |
测 量 1 000℃以下 加热炉中气 体或液体的 温度 |
非工作 部分用碳 钢,工作部 分用耐热 不锈钢 | 8 |
500,750, 1 000,1250, 1 500,2 000, 2 500,3 000 |
300,300, 500,500, 750,1 000, 1 250,1 500 |
接近1× 106(1个 大气压) |
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WRN- 112X |
测 量 800℃以下加 热炉中气体 或液体的温 度 |
耐热不 锈钢 | 1.5 |
450,650, 900,1 150, 2 150 |
300,500, 750,1 000, 2 000 | 0.003 |
| WRN-210 |
测量 800℃以下管 道和锅炉内 气体或液体 的温度 |
非工作 部分用碳 钢,工作部 分用耐热 不锈钢 | 8 |
300,450, 650,900, 1 150 |
150,300, 500,750, 1 000 | 0.006 |
续表
| 型号 | 适用范围 | 保护管材料 |
惰性时 间/min |
总长度 /mm |
插入深度 /mm |
工作压 力/Pa |
镍铬-镍铝热电偶
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WRN— 610X |
测量温度 在600℃以下 以及流速小 于80m/s蒸 汽和水的温 度 |
耐热不锈 钢 | 1.5 |
250,300, 450 |
100,150, 300 | 0. 100 |
| WRN—010 |
测量退火 炉内钢板加 热温度,长时 间使用温度 为800℃以 下 |
瓷管绝缘 无外保护套 管 | 3 200 |
接近1× 106(1个 大气压) |
镍铬-考铜热电偶
| WRK—111 |
测量600℃ 以下加热炉 中气体和液 体的温度 |
非工作部 分用碳钢, 工作部分用 耐热不锈钢 | 8 |
500,750, 1 000,1 250, 1 500,2 000, 2 500,3 000 |
300,300, 500,500, 750,1 000, 1 250,1 500 |
接近1× 106(1个 大气压) |
|
WRK— 112X |
测量600℃ 以下加热炉 中气体和液 体的温度 |
耐热不锈 钢 | 1.5 |
450,650, 800,1 150, 2 150 |
300,500, 750,1 000, 2 000 | 0.003 |
| WRK—210 |
测量600℃ 以下管道和 锅炉内气体 或液体温度 |
非工作部 分用碳钢, 工作部分用 耐热不锈钢 | 8 |
300,450, 650,900, 1 150 |
150,300, 500,750, 1 000 | 0.010 |
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WRK— 610X |
测量600℃ 以下流速小 于80m/s蒸 汽和水的温 度 |
耐热不锈 钢 | 1.5 |
250,300, 450 |
100,150, 300 | 0.100 |
表10-36 常用热电偶的热电势
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热端 温度 t/℃ | 冷端温度为0℃时热电偶的热电势/mV | ||||||||
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康铜 -铜 |
康铜 -银 |
康铜 -铁 | 镍-碳 |
镍-镍 铬合金 |
康铜 -镍 铬合金 |
铂铑 40- 铂铑20 |
铂铑20 -铂铑5 |
铂铑 10-铂 | |
|
-200 -100 |
-5. 46 -3. 32 |
— — |
-7. 50 -4. 40 |
— — |
— — |
— — |
— — |
— — |
— — |
| 0 | 0 | 0 | 0 | — | 0 | 0 | — | — | — |
| 20 | 0. 76 | 0. 78 | — | — | 0. 82 | 1.25 | — | — | 0. 113 |
| 100 | 4. 1 | 4. 12 | 5. 15 | 1.76 | 4. 07 | 5. 62 | 0. 041 | 0. 074 | 0. 643 |
|
200 300 |
8. 8 14. 1 |
8. 84 14. 1 |
10. 48 15. 77 |
4. 17 6. 54 |
8. 12 12. 22 |
11. 08 19. 09 |
0. 093 0. 161 |
0. 268 0. 569 |
1.436 2. 315 |
|
400 500 600 |
19. 9 26. 3 — |
19. 77 25. 79 32. 15 |
20. 96 26. 12 31. 47 |
8. 38 10. 28 12. 50 |
16. 32 20. 62 24. 87 |
26. 48 34. 18 41.95 |
0. 250 0. 363 0. 505 |
0. 966 1.447 2. 005 |
3. 250 4. 220 5. 222 |
|
700 800 900 1 000 1 100 |
— — — — — |
— — — — — |
37. 15 43. 25 49. 26 — — |
15. 29 18. 30 21.80 25. 63 29. 79 |
29. 12 33. 12 37. 27 41.45 45. 62 |
50. 02 57. 94 65. 75 — — |
0. 678 0. 884 1 .124 1.397 1. 703 |
2. 633 3. 327 4. 084 4. 902 5. 767 |
6. 256 7. 322 8. 421 9. 556 10. 723 |
|
1 200 1 300 1 400 1 500 1 600 |
— — — — — |
— — — — — |
— — — — — |
34. 35 — — — — |
49.77 — — — — |
— — — — — — |
2. 041 2. 409 2. 806 3. 228 3. 667 |
6. 678 7. 633 8. 618 9. 619 10. 622 |
11.915 13. 116 14.313 15.504 16. 688 |
|
1 700 1 800 |
— — |
— — |
— — |
— — |
— — |
— — |
4. 119 4. 572 |
11.613 — |
— — |
表10-37 常用补偿导线的性能与用途
| 品种 | 热电势/mV |
往复电阻 值①/Ω |
补偿导线极 性及绝缘 皮颜色标志 | 配用热电偶 | |||||
| 100℃ | 150℃ | 200℃ | 300℃ | 400℃ | |||||
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铜-铜镍 0.6(Cu- CuNi0.6) |
0. 643 (±0. 023) |
1.025 (+0. 024 -0. 055) |
1.436 (±0. 064) |
2. 315 (±0. 072) |
3. 250 (±0. 072) | <0. 04 |
铜(+) 铜镍(-) |
红(+) 绿(-) |
铂铑10 (+)铂(-) |
|
镍铬-考铜 (NiCr10- CuNi43Mn0.5) |
6. 95 (±0. 30) |
10. 69 (±0. 38) |
14. 66 (±0. 43) |
22.90 (±0. 43) |
31.48 (±0. 43) | <1.25 |
镍铬(+) 考铜(-) |
红(+) 黄(-) |
镍铬(+) 考铜(-) |
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铜-康铜 (Cu-CuNi40 -Mn1.5) |
4.10 (±0.15) |
8.13 (±0.20) |
8.13 (±0.23) |
12.21 (±0.23) |
16.40 (±0.23) | <0.684 |
铜(+) 康铜(-) |
红(+) 蓝(-) |
镍铬(+) 镍硅(-) (镍铝) |
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铜-铜镍 1.8(Cu- CuNi1.8) |
1.35 (±0.05) |
2.05 (±0.09) |
2.96 (±0.11) |
4.61 (±0.16) |
6.37 (±0.16) | <0.04 |
铜(+) 铜镍(-) |
红(+) 白(-) |
钨铼5(+) 钨铼20(-) |
注:①补偿导线的往复电阻值是指当温度为20℃,长度各为1m,截面积各为1mm2时的两导线总阻值。