熱電偶測溫原理及其焊接

1、熱電偶測溫原理及其焊接2008-12-05 09:19:27安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)來源：作者：前言jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)熱電偶是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。其優(yōu)點是：jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)測量精度高。因熱電偶直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)測量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測量，某些特殊熱電偶最低可測到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)構(gòu)造簡單，使用方便。熱電偶通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來非常方便。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)熱電偶測溫基本原理jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)

2、首先,介紹一下熱電偶, 熱電偶是溫度測量中應(yīng)用最廣泛的溫度器件, 他的主要特點就是測吻范圍寬, 性比較穩(wěn)定, 同時結(jié)構(gòu)簡單, 動態(tài)響應(yīng)好, 更能夠遠(yuǎn)傳4-20mA電信號, 便于自動控制和集中控制。熱電偶的測溫原理是基于熱電效應(yīng)。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B的兩端相接成閉合回路，就組成熱電偶，如圖6.1所示。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)如果A和B的兩個接點溫度不同（假定 ），則在該回路中就會產(chǎn)生電流，這表明了該回路中存在電動勢，這個物理現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)或塞貝克效應(yīng)，相應(yīng)的電動勢稱為塞貝克電勢。顯然，回路中產(chǎn)生的熱電勢大小僅與組成回路的兩種導(dǎo)體或半導(dǎo)體A、B的材料性質(zhì)及兩個接點的

3、溫度 有關(guān)，熱電勢用符號 表示。閉合回路中產(chǎn)生的熱電勢有兩種電勢組成; 溫差電勢和接觸電勢。溫差電勢是指同一導(dǎo)體的兩端因溫度不同而產(chǎn)生的電勢, 不同的導(dǎo)體具有不同的電子密度, 所以他們產(chǎn)生的電勢也不相同, 而接觸電勢顧名思義就是指兩種不同的導(dǎo)體相接觸時, 因為他們的電子密度不同所以產(chǎn)生一定的電子擴(kuò)散, 當(dāng)他們達(dá)到一定的平衡后所形成的電勢, 接觸電勢的大小取決于兩種不同導(dǎo)體的材料性質(zhì)以及他們接觸點的溫度。目前國際上應(yīng)用的熱電偶具有一個標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, 國際上規(guī)定熱電偶分為八個不同的分度, 分別為R, S, K, N, E, J 和T, 其測量溫度的最低可測零下270攝氏度, 最高可達(dá)1800攝氏度,

4、其中B, R, S屬于鉑系列的熱電偶, 由于鉑屬于貴重金屬,所以他們又被稱為貴金屬熱電偶而剩下的幾個則稱為廉價金屬熱電偶。熱電偶的結(jié)構(gòu)有兩種, 普通型和鎧裝型如圖6.2。普通性熱電偶一般由熱電極, 絕緣管, 保護(hù)套管和接線盒等部分組成, 而鎧裝型熱電偶則是將熱電偶絲, 絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后, 經(jīng)過拉伸加工而成的一種堅實的組合體。但是熱電偶的電信號卻需要一種特殊的導(dǎo)線來進(jìn)行傳遞, 這種導(dǎo)線我們稱為補(bǔ)償導(dǎo)線。不同的熱電偶需要不同的補(bǔ)償導(dǎo)線, 其主要作用就是與熱電偶連接, 使熱電偶的參比端遠(yuǎn)離電源,從而使參比端溫度穩(wěn)定。補(bǔ)償導(dǎo)線又分為補(bǔ)償型和延長型兩種, 延長導(dǎo)線的化學(xué)成分與被補(bǔ)償?shù)?/p>

5、熱電偶相同, 但是實際中, 延長型的導(dǎo)線也并不是?腿鵲緡枷嗤鬧實慕鶚?一般采?腿鵲緡季哂邢嗤繾用芏鵲牡枷嘰妗鉤枷叩撓肴鵲緡嫉牧咭話愣際嗆苊髁? 熱電偶的正極連接補(bǔ)償導(dǎo)線的紅色線,而負(fù)極則連接剩下的顏色。一般的補(bǔ)償導(dǎo)線的材質(zhì)大部分都采用銅鎳合金。 jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.2熱電藕的內(nèi)部結(jié)構(gòu)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)常用熱電偶及其結(jié)構(gòu)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)1, 鉑銠10%-鉑熱電偶jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 鉑姥10%-鉑熱電偶型號為WTLB，其中WT指熱電偶，LB為分度號，鉑銠合金絲為+極，純鉑絲為一極。在1300以下可以長期使用。在良好的環(huán)境條件下，可測量1600高溫。一般它

6、作為精密測量和基準(zhǔn)熱電偶使用。在氧化性和中性介質(zhì)中，鉑銠-鉑熱電偶的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，但在高溫時易受還原性氣體侵襲而變質(zhì)。它的熱電勢較弱，價格也較貴。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)2, 鎳鉻-鎳硅(或鎳鉻-鎳鋁)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)熱電偶鎳鉻-鎳硅熱電偶型號為VREU。EU是分度號。鎳鉻為+極，鎳硅為一極。在氧化性和中性介質(zhì)中， 能在900以下長期使用，但不耐還原性介質(zhì)。它的熱電勢大，并且與溫度的線性關(guān)系較好，價格亦便宜，但精度偏低。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)3, 鎳鉻-考銅熱電偶jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 鎳鉻-考銅熱電偶型號為WREA。EA為分度號。鎳鉻為+板，考銅為一極。在還原性和中性介質(zhì)，能在60

7、0的以下長期使用，在800時可短期使用。它靈敏度較高，價格便宜。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4, 鉑銠30%-鉑銠6%熱電偶jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 鉑銠30%-鉑銠6%熱電偶型號為WRLL。LL為分度號。鉑銠30%為+極，鉑銠6%為-極。它可在1600高溫下長期使用，在1800短期使用。其熱電偶性能穩(wěn)定，精度高。適用于氧化性和中性介質(zhì)，但它的熱電勢極小，價格較高。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)5, 銅-康銅熱電偶jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 銅-康銅熱電偶型號為WRCK。CK為分度號。銅為+極，康銅為一極。在300以下其線性關(guān)系較好，并且價格低廉。在實驗室中它是使用較多的熱電偶。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) jb5安規(guī)

8、與電磁兼容網(wǎng)熱電偶的焊接jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)IEC要求jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4.0 PROCEDURES(見圖6.3)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4.1 Thermocouples shall be prepared by staff trained in preparation of thermocouples.jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4.2 Thermocouples are to be prepared as noted:jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4.2.1 Inner insulation stripped back approximately 1.5 mm from tip.jb5安規(guī)與電磁兼

9、容網(wǎng)4.2.2 Outer insulation, if any, stripped back approximately 15 mm fromjb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)tip.jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4.2.3 The tip is to be joined by a singlepoint weld. Other reliable and consistent methods of joining the thermocouple wires may be used upon prior acceptancejb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)of the CTL.jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)Note Dimens

10、ions given are typical, not required.jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)即要求:露出金屬端為1.5mm, 剝掉外層絕緣為15mmjb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.3熱電藕焊點要求jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)焊接jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)(大眾版) 電容焊借助于一組并聯(lián)的電容(其容量約在20003000F,電壓在50V以下)經(jīng)驗值是20000F。在放電的瞬間產(chǎn)生火花使電偶絲熔接在一起，形成球狀的焊點,如圖6.4所示jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.4自制電藕焊接裝置jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)在輸入供電30Vdc左右的情況下, 用鑷子

11、夾住熱電藕的一頭(包含兩根線)去接觸金屬塊。即可, 接觸時請閉眼。 jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)1、石墨電爐焊接(專業(yè)版)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)焊接設(shè)備線路如圖6.5所示。它由自耦變壓器、石墨電爐及連接導(dǎo)線組成。將兩根不同的熱電極絲用砂紙去掉表面氧化物，焊接端扭成麻花狀，端部剪齊，把兩根電極絲夾緊在由與地端相連的引出線的夾子上，轉(zhuǎn)動自耦變壓器手輪，使自耦變壓器的輸出電壓在35伏左右，而后將電極絲插入石墨粉內(nèi)，由于短路產(chǎn)生的電弧使兩根熱電極絲插入端熔結(jié)。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.5 石墨電爐焊接線路圖jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)焊接時要注意掌握插入時間，若時間太

12、長，熔結(jié)點會因電極絲繼續(xù)熔化而掉落，并增加氧化；時間太短，則因電極絲未熔化而沒有熔結(jié)。自耦變壓器的輸出電壓，應(yīng)根據(jù)焊接時的具體情況作適當(dāng)調(diào)整。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)2、水銀焊接jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 焊接設(shè)備線路同圖6.6，只不過是將石墨電爐換成了玻璃缸，缸內(nèi)盛水銀，水銀上面覆蓋一層油用以阻止水銀蒸發(fā)。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 水銀焊接其基本操作同石墨電爐焊接。由于水銀的導(dǎo)電性比石墨強(qiáng)，故焊接電壓可稍低些，水銀焊接的速度要比石墨電爐焊接時快，焊接點的質(zhì)量要比用石墨電爐焊接?謾?span style=display:nonejb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)3、電容焊接jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)焊接設(shè)備線路如圖6

13、.19所示。220伏的交流電壓由自耦變壓器降壓后，經(jīng)橋式整流后得到直流電。當(dāng)切換開關(guān)K使ab接通，則電容充電；當(dāng)切換開關(guān)使cd接通，由于接在接線柱1、2上的兩根電極絲短路，故電容充電，電極絲的觸點因短路產(chǎn)生的電弧而熔結(jié)。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.6 電容焊接設(shè)備線路圖jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 焊接時的直流電壓可轉(zhuǎn)動自耦變壓器的手輪來調(diào)節(jié)，電容的容量也有專門的分路開關(guān)可供選擇。焊接時若直流電壓較高，則電容的容量應(yīng)小些；直流電壓比較低，則電容的容量應(yīng)選得大些。電阻R為限流電阻。其功用是保護(hù)直流電壓表。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)4、氣焊jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)氣

14、焊時必須開足乙炔氣，而氧氣要開得小一些，使其形成焰芯，使熱電偶絲焊接成球的焊點。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)(注意)熱電偶的接點焊好以后，須進(jìn)行質(zhì)量檢查，看焊接點是否有裂縫、假焊等現(xiàn)象，否則需重新焊接.jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)當(dāng)我們把熱電耦的兩根線焊接到一起的時候, 會將第三種金屬加到熱電耦線路中,但只要熱電耦兩端的溫度的一樣的, 焊接應(yīng)該不會造成誤差. 不過 的確會限制我們可以加到垓接點的最高溫度參見下圖6.7.如果想要達(dá)到較高的量測溫度, 就必須將接點予以熔接. 但是熔接也不是一個可以隨便進(jìn)行的過程, 如果過熱的話, 就會造成電耦變質(zhì)惡化, 而且電耦線進(jìn)行熔接所使用的熔接氣體與大氣都有可能擴(kuò)散到電

15、耦金屬內(nèi)部而改變其特性.這樣的困難又會因為需要結(jié)合的兩種金屬的性質(zhì)差異極大而加劇.所以才采用電容放電技術(shù)可包一致性. jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)圖6.7熱電耦的焊接jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)固定熱電偶熱端的方法jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)實驗室中在壁面上固定熱電偶熱端的方法有如下三種方式：jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)1）點接觸jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 點接觸固定法系將熱電偶的工作端?附踴蚯督臃絞焦潭詒諉嬪夏車恪罷哂糜詒”冢笳哂糜諍癖凇庵紙峁怪率雇鵲緡妓可娜攘縌，僅由該點供應(yīng)，溫度場變化較大，故測溫誤差較大。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)2）平行焊接觸jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 平行焊接觸系將熱電偶的二根絲分別焊在被測璧面上，兩

16、焊點的間距保持15mm。由于熱電偶散失的熱量來源于兩根電熱絲之間的一個小區(qū)域。單位面積散失的熱量較小，溫度場的變化不大，測溫誤差不大。它適用于等溫體和均勻材質(zhì)的壁面。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)3)等溫線接觸jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng) 等溫線接觸系熱電偶的工作端同壁面某點接觸后其熱電偶絲沿等溫面敷設(shè)一段距離(約50倍熱電偶絲的直徑)后引出。這種固定方法的測溫誤差為最小，是實驗研究中應(yīng)用最廣泛的方法。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)對于非金屬壁面，往往先將熱電偶焊接在導(dǎo)熱性能良好的金屬薄片上，如銅片，然后將該薄片和壁面緊密接觸。由此可得到滿意的測量結(jié)果。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)若被測壁面的一側(cè)是流體，需注意熱電偶絲固

17、定在壁面上以后，流體流動受到影響，引起流動場的改變，相應(yīng)地改變了流體與壁面間的傳熱情況和壁面溫度場，產(chǎn)生較大的測溫誤差，為了減少對流體流動的影響，推薦采用嵌接法，并在焊接后將表面磨光，保持壁面的平滑。同時，熱電偶導(dǎo)線必須從流體的下游方向引出，使導(dǎo)線對流動的影響發(fā)生在測溫之后，從而達(dá)到使測溫誤差為最小。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)測量壁面溫度時尚需注意測溫點的選擇。根據(jù)壁面測溫的要求選取具有代表性的點作為測溫點。例如:擬測量管子橫斷面的壁溫，而且斷面上存在溫度分布。對于這種情況，可選取幾個測溫點，由各點的溫度來計算其平均值表示該斷面的壁溫。jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)總結(jié)jb5安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)為了保證測量溫度的精度，除了上述感溫元件的安裝之外，尚須注意測溫顯示儀表和連接導(dǎo)線的安裝。如，顯示儀表是否遠(yuǎn)離強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場;導(dǎo)線是否需要屏蔽，導(dǎo)線的電阻是否有要求;儀表的型號，規(guī)格是否與感溫元件匹配，其測量精度是否符合要求?？?/p>