第一章溫度檢測儀表

化工儀表及自動化第一章溫度檢測儀表第一節(jié)概述概述溫度是表征物體冷熱程度的物理量溫度不能直接加以測量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨冷熱程度不同而變化的特性來進(jìn)行間接測量。溫度概念的建立及測量，是以熱平衡為基礎(chǔ)的。接觸測量：通過對選擇物體的物理量（如液體的體積，導(dǎo)體的電阻）的測量，便可得出被測物體的溫度數(shù)值。非接觸測量：利用熱輻射原理和光學(xué)原理等來進(jìn)行。第二節(jié)溫標(biāo)溫標(biāo)溫標(biāo)：溫度的“標(biāo)尺”為了保證溫度量值的準(zhǔn)確和利于傳遞，需要建立一個衡量溫度的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)尺度，即溫標(biāo)。經(jīng)驗溫標(biāo)根據(jù)某些物質(zhì)體積膨脹與溫度的關(guān)系，用實驗方法或經(jīng)驗公式所確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗溫標(biāo)。華氏溫標(biāo)1714年德國人法勒海特以水銀為測溫介質(zhì)，制成玻璃水銀溫度計，取氯化銨和冰水的混合物的溫度為溫度計的零度，人體溫度為溫度計的100度，把水銀溫度計從0度到l00度按水銀的體積膨脹距離分成100份，每一份為1華氏度，記作“1℉”。按照華氏溫標(biāo)，則水的冰點為32℉，沸點為212℉。攝氏溫標(biāo)1740年瑞典人攝氏提出在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把水的冰點規(guī)定為0度，水的沸點規(guī)定為100度。根據(jù)水這兩個固定溫度點來對玻璃水銀溫度計進(jìn)行分度。兩點間作100等分，每一份稱為1攝氏度，記作1℃。攝氏溫度和華氏溫度的關(guān)系：式中n為攝氏溫標(biāo)的度數(shù)，℃和℉分別代表攝氏和華氏的溫度值。熱力學(xué)溫標(biāo)1848年由開爾文提出的以卡諾循環(huán)為基礎(chǔ)建立的熱力學(xué)溫標(biāo)，是一種理想而不能真正實現(xiàn)的理論溫標(biāo)。該溫標(biāo)為了在分度上和攝氏溫標(biāo)相一致，把理想氣體壓力為零時對應(yīng)的溫度——絕對零度（是在實驗中無法達(dá)到的理論溫度，而低于0K的溫度不可能存在）與水的三相點溫度分為273．16份，每份為1K。熱力學(xué)溫度的單位為“K”。絕對氣體溫標(biāo)從理想氣體狀態(tài)方程入手，來復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)叫絕對氣體溫標(biāo)。理想氣體僅是一種數(shù)學(xué)模型，實際上并不存在，故只能用真實氣體來制作氣體溫度計國際實用溫標(biāo)和國際溫標(biāo)基本內(nèi)容為：1.重申國際實用溫標(biāo)單位仍為K，1K等于水的三相點時溫度值的1/273.16；2.把水的三相點時溫度值定義為0.01℃（攝氏度），同時相應(yīng)把絕對零度修訂為-273.15℃；3.規(guī)定把整個溫標(biāo)分成4個溫區(qū)，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)儀器如下：（1）0.65—5.0K，用3He和4He蒸汽溫度計；（2）3.0—24.5561K，用3He和4He定容氣體溫度計；（3）13.803K—961.78℃，用鉑電阻溫度計；（4）961.78℃以上，用光學(xué)或光電高溫計；標(biāo)定對溫度計的標(biāo)定，有標(biāo)準(zhǔn)值法和標(biāo)準(zhǔn)表法兩種方法。第二節(jié)溫度測量儀表的分類膨脹式溫度計根據(jù)物質(zhì)受熱膨脹的原理制成的溫度計。根據(jù)其工作性質(zhì)不同，可制成液、固、壓力式溫度計。玻璃液體溫度計玻璃管液體溫度計是利用液體體積隨溫度升高而膨脹的原理制作而成。優(yōu)點是直觀、測量準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉缺點是不能自動記錄、不能遠(yuǎn)傳、易碎、測溫有一定延遲圖2-1-1玻璃管液體溫度計固體膨脹式溫度計利用固體受熱膨脹原理制成的溫度計可分桿式溫度計和雙金屬溫度計兩大類桿式溫度計利用固體（一般采用膨脹系數(shù)較大的金屬）材料構(gòu)成。由黃銅制成的網(wǎng)筒作感溫元件（測溫筒），筒內(nèi)放置一根膨脹系數(shù)很小的材料（石英、玻璃、因鋼等）作傳溫元件，它與機械系統(tǒng)相連接。當(dāng)測溫筒受熱伸長時，筒內(nèi)的圓棒通過機械系統(tǒng)帶動指針偏轉(zhuǎn)，指示出溫度的數(shù)位。雙金屬溫度計它的感溫元件是由膨脹系數(shù)不同的兩種金屬片牢固地接合在一起而制成。增加雙金屬片的長度，減少其厚度，增大主動層與被動層材料之熱膨脹系數(shù)差，皆可提高它的靈敏度。常將雙金屬片做成直螺旋形和盤形兩種結(jié)構(gòu)。雙金屬片雙金屬溫度信號器1：雙金屬片；2：調(diào)節(jié)螺釘；3：絕緣子；4：信號燈鐵鎳合金黃銅、康銅、鎳鐵銅合金壓力式溫度計應(yīng)用壓力隨溫度的變化來測溫的儀表叫壓力式溫度計。1.傳動機構(gòu)；2.刻度盤；3.指針；4.彈簧管；5.連桿；6.接頭；7.毛細(xì)管；8.溫包；9.工作物質(zhì)。熱電阻式溫度計熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類金屬熱電阻溫度計金屬熱電阻溫度計是利用金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化而變化的特性（電阻溫度效應(yīng)）來進(jìn)行溫度測量的。一般可以用以下的近似關(guān)系式表示：式中，Rt為溫度t時對應(yīng)的電阻值，Rt0為溫度t0（通常t0＝0℃）時對應(yīng)的電阻值，a為溫度系數(shù)，即溫度每升高1℃時電阻相對變化量。實際使用中對制作金屬熱電阻材料提出如下要求：（1）電阻溫度系數(shù)大，即靈敏度高；（2）物理化學(xué)性能穩(wěn)定，能長期適應(yīng)較惡劣的測溫環(huán)境，互換性好；（3）電阻率要大，以使電阻體積小，減小測溫的熱慣性；（4）電阻與溫度之間近似于線性關(guān)系，測溫范圍廣；（5）價格低廉，復(fù)制性強，加工方便。金屬熱電阻溫度計目前，使用的金屬熱電阻材料有銅、鉑、鎳、鐵等，其中因鐵、鎳提純比較困難，其電阻與溫度的關(guān)系線性較差，純鉑絲的各種性能最好，純銅絲在低溫下性能也很不錯，所以目前實際應(yīng)用最廣的是銅和鉑這兩種材料的金屬熱電阻，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。常用的熱電阻：鉑熱電阻有R0＝10Ω、R0＝100Ω和R0＝1000Ω等幾種，分度號分別為Pt10、Pt100和Pt1000；銅熱電阻有R0＝50Ω和R0＝100Ω兩種，分度號分別為Cu50和Cu100。金屬熱電阻溫度計鉑熱電阻鉑熱電阻由純鉑絲繞制而成，其使用溫度范圍為-280～850℃。園區(qū)主要使用-100～600℃。特點：準(zhǔn)確度高、性能可靠、抗氧化性好、物理化學(xué)性能穩(wěn)定。更容易提純，復(fù)制性好，有良好的工藝性，可以制成極細(xì)的鉑絲（直徑可達(dá)0.02mm或更細(xì)）或極薄錫箔，與其他熱電阻材料相比，電阻率較高。缺點：電阻溫度系數(shù)小，電阻與溫度呈非線性，高溫下不宜在還原劑介質(zhì)中使用，而且屬于貴重金屬，價格較高。鉑熱電阻根據(jù)國際實用溫標(biāo)規(guī)定，在不同的溫度范圍內(nèi)，電阻與溫度之間的關(guān)系也不同。-200～0℃范圍內(nèi)，鉑電阻與溫度的關(guān)系為：在0～850℃范圍內(nèi)，其關(guān)系為：兩式中，Rt

和R0分別為t和0℃時的阻值；A、B、C分別為常數(shù)，A=3.90802×10-3℃-1，B=-5.80195×10-7℃-2，C=-4.27350×10-12℃-4。銅熱電阻銅熱電阻一般用-50～+150℃范圍的溫度測量。特點：電阻值與溫度之間基本為線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)大，且金屬銅易加工提純，價格便宜。缺點：電阻率低，易氧化。在溫度不高，測溫元件體積無特殊限制時，可以使用銅電阻溫度計。如：不能用于氨測量等。在-50～+150℃的范圍內(nèi)，銅電阻與溫度的關(guān)系是線性的。即式中，a稱為電阻溫度系數(shù)，取a=4.28×10-3℃-1，而一般銅導(dǎo)線材料純度不高，其電阻溫度系數(shù)較小，約為a=4.25×10-3℃-1。國內(nèi)工業(yè)用的銅熱電阻的分度號為Cu50和Cu100兩種，其R0的阻值分別為50Ω和100Ω。

熱電阻結(jié)構(gòu)常見的熱電阻有普通熱電阻和鎧裝熱電阻。熱電阻結(jié)構(gòu)主要由能感溫元件、內(nèi)引線、保護(hù)管等幾部分組成。感溫元件是熱電阻的核心部分，由電阻絲繞制在絕緣的云母骨架上構(gòu)成。電阻絲的直徑一般為0.01～0.1mm，主要由所用的材料或測溫范圍所決定。絕緣骨架用來纏繞、支承或固定熱電阻絲，它的質(zhì)量將會直接影響熱電阻的性能。圖2-1-4鉑熱電阻結(jié)構(gòu)示意圖熱電阻結(jié)構(gòu)絕緣骨架的材料選擇有以下幾點要求：（1）在使用溫度范圍內(nèi)，電絕緣性能好；（2）熱膨脹系數(shù)要與熱電阻絲相近；（3）物理化學(xué)性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生有害物質(zhì)污染電阻絲；（4）比熱容小，熱導(dǎo)率大，有足夠的機械強度及良好的加工性能。熱電阻結(jié)構(gòu)

鎧裝熱電阻是一種溫度傳感器，它比裝配式熱電阻直徑小，易彎曲，抗震性好，適宜安裝在裝配式熱電阻無法安裝的場合，其可對-200～600℃溫度范圍內(nèi)的氣體、液體介質(zhì)和固體表面進(jìn)行自動檢測，并且可直接用銅導(dǎo)線和二次儀表相連接使用，由于它具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及電腦提供精確的輸入值。

WZPK系列鎧裝熱電阻采用引進(jìn)熱電阻測溫元件，因此，具有精確、靈敏、熱響應(yīng)時間快、質(zhì)量穩(wěn)定、使用壽命長等優(yōu)點。鎧裝熱電阻外保護(hù)套采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化物質(zhì)絕緣體，因此，鎧裝熱電阻具有很強的抗污染性能和機械強度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場合。圖2-1-5鎧裝熱電阻熱電阻溫度計的使用關(guān)于普通熱電阻溫度計的使用和安裝請參照熱電偶的使用和安裝。這里只給出它的使用注意事項如下：（1）為了減少熱電阻的時效變化，應(yīng)盡可能避免處于溫度急劇變化的環(huán)境；（2）為保證測量準(zhǔn)確度，應(yīng)在經(jīng)過充分接觸換熱，即約為時間常數(shù)的5～7倍以后再開始測量；（3）在測量熱電阻時，需要通以電流，雖然電流增大可以提高靈敏度，但電流過大會引起電阻發(fā)熱，而造成測量誤差，所以熱電阻使用時電流受到限制。熱電阻不應(yīng)施加過電流，否則將被損壞；（4）如果引線間或者絕緣體表面上附著有水滴或灰塵時，將使測量結(jié)果不穩(wěn)定并產(chǎn)生誤差，因此，要注意使熱電阻具有防水、耐濕、耐寒等性能。熱電阻溫度計的誤差分析（1）傳熱誤差它是由于測溫時未與被測對象充分接觸，未達(dá)到熱平衡等而造成的誤差，使用時應(yīng)該按照相關(guān)說明多加注意；（2）分度誤差標(biāo)準(zhǔn)化的熱電阻分度表是由統(tǒng)計分析產(chǎn)生的，然而具體所采用的熱電阻會因為材料、制造工藝而有所不同，這就形成了分度誤差，如凡與標(biāo)稱電阻值不符而引起的誤差；（3）自熱誤差這是由于測量過程中電流流經(jīng)熱電阻時產(chǎn)生溫升而引起的附加誤差。它與電流大小及傳熱介質(zhì)有關(guān)。我國工業(yè)上用的熱電阻限制電流不超6mA，這樣可以把溫度誤差限制在0.1℃以內(nèi)；（4）測量線路和顯示儀表的誤差它是由顯示儀表本身的準(zhǔn)確度等級和線路電阻決定的；引線電阻、連接導(dǎo)線的限值變化也將引起誤差；（5）其他誤差這是指除上述誤差以外的由屏蔽絕緣不良、插入深度不夠、熱電阻劣化等所引起的誤差。熱電阻常見故障及處理辦法熱電阻常見的故障是熱電阻斷路和短路，其中以斷路為多，這是由于電阻較細(xì)所致。斷路和短路都是比較容易判斷的，下面介紹斷路和短路的鑒別方法。斷路（1）電阻體斷路：可用萬用表在電阻體的接線端子處測量阻位，萬用表指示為無限大。但在進(jìn)行檢查時，熱電阻與顯示儀表的連接導(dǎo)線應(yīng)預(yù)先拆除，否則測得的阻值含有顯示儀表的內(nèi)阻。（2）連接導(dǎo)線斷路：將電阻體端子上的連接導(dǎo)線不拆除。而將兩個接線端子短路，顯示儀表的示位仍為無限大。短路（1）電阻體短路：顯示儀表斷電后，將連接導(dǎo)線在電阻體的端子處拆掉，再用萬用表測量電阻體的限位是否等于實際數(shù)位，如少于實際限值，則該電阻體短路。（2）連接導(dǎo)線短路：可將連接導(dǎo)線從電阻體的端子處拆下一個線頭，看顯示儀表示值是否無限大。如仍然有示值或指向負(fù)側(cè)，則說明連接導(dǎo)線短路。熱電偶溫度計熱電偶通常和顯示儀表等配套使用，直接測量各種生產(chǎn)過程中-40～1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。常用熱電偶分度號有S、K、E、T、B、J等，這些都是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶。熱電偶測溫原理兩種不同成份的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接合成回路，當(dāng)接合點的溫度不同時，在回路中就會產(chǎn)生電動勢，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的，其中，直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端（也稱為測量端），另一端叫做冷端（也稱為補償端）；冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度熱電偶測溫原理熱電現(xiàn)象接觸電勢形成的過程左圖閉合回路中總的熱電勢或熱電偶原理熱電偶溫度計注意由于熱電極的材料不同,所產(chǎn)生的接觸熱電勢亦不同,因此不同熱電極材料制成的熱電偶在相同溫度下產(chǎn)生的熱電勢是不同的。熱電偶一般都是在自由端溫度為0℃時進(jìn)行分度的,因此,若自由端溫度不為0℃而為t0時,則熱電勢與溫度之間的關(guān)系可用下式進(jìn)行計算。

EAB(t,t0)=EAB(t,0)-EAB(t0,0)

9熱電偶測溫原理對于熱電偶的熱電勢，應(yīng)注意如下幾個問題：（1）熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)；（2）熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān)；（3）當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。熱電偶的基本定律（1）均質(zhì)導(dǎo)體定律由一種均質(zhì)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）的截面積如何以及各處的溫度分布如何，都不能產(chǎn)生熱電勢。由該定律可以得到如下的結(jié)論：1）熱電偶必須由兩種不同性質(zhì)的材料構(gòu)成；2）由一種材料組成的閉合回路存在溫差時，回路如產(chǎn)生熱電勢，便說明該材料是不均勻的。中間導(dǎo)體定律由不同材料組成的閉合回路中，若各種材料接觸點的溫度都相同，則回路中熱電勢的總和等于零。由此定律可以得到如下的結(jié)論：在熱電偶回路中加入第三種均質(zhì)材料，只要接入導(dǎo)體的兩端溫度相同，則不影響原熱電偶熱電勢的大小。由兩種不同的導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）A、B組成的閉合回路，當(dāng)接點1、2處于不同溫度時，回路就會出現(xiàn)電動勢，稱為熱電動勢，簡稱為熱電勢。這一由溫度產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象稱為熱電現(xiàn)象。這兩根導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）稱為熱電極。進(jìn)一步的研究表明，熱電勢是由溫差電勢和接觸電勢組成。中間導(dǎo)體定律溫差電勢（如圖2-1-7所示）是由于一根導(dǎo)體兩端溫度不同而產(chǎn)生的熱電動勢。設(shè)t≥t0，eA（t，t0）稱為溫差電勢。溫差電勢可表達(dá)為：從式中我們可以看出接觸電勢的大小與接觸處溫度的高低和導(dǎo)體種類有關(guān)，接觸處溫度越高，接觸電勢越大。eAB（t）=f（T，NAt-NBt）綜合溫差電勢和接觸電勢可以知道由兩種不同材料組成的熱電偶的熱電勢EAB（t，t0）。設(shè)t>t0，NA>NB，如圖2-1-8所示，按順時針方向取向。圖2-1-8中間導(dǎo)體定律常把t稱為熱端、工作端、測量端；把t0稱為冷端、自由端、參比端。在冷端，電流從導(dǎo)體A流向?qū)wB，則A稱為正熱電極，B稱為負(fù)電極。

采用一種專用導(dǎo)線，將熱電偶的冷端延伸出來，這既能保證熱電偶冷端溫度保持不變，又經(jīng)濟(jì)。

它也是由兩種不同性質(zhì)的金屬材料制成，在一定溫度范圍內(nèi)（0～100℃）與所連接的熱電偶具有相同的熱電特性，其材料又是廉價金屬。見左圖。補償導(dǎo)線接線圖注意使用補償導(dǎo)線時,應(yīng)當(dāng)注意補償導(dǎo)線的正、負(fù)極必須與熱電偶的正、負(fù)極各端對應(yīng)相接。此外,正、負(fù)兩極的接點溫度t1應(yīng)保持相同,延伸后的冷端溫度t0應(yīng)比較恒定且比較低。對于鎳鉻-銅鎳等一類用廉價金屬制成的熱電偶,則可用其本身材料作補償導(dǎo)線,將冷端延伸到環(huán)境溫度較恒定的地方。23熱電偶的結(jié)構(gòu)工業(yè)測溫用的熱電偶，其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。普通型熱電偶的組成如圖2-1-9所示。1.熱接點；2.熱電偶絲材；3.絕緣管；4.保護(hù)管；5.接線盒圖2-1-9普通型熱電偶的組成熱電偶的結(jié)構(gòu)該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起，熱電極之間需要用絕緣管保護(hù)。熱電偶的絕緣材料很多，大體上可分為有機和無機絕緣兩類，處于高溫端的絕緣物必須采用無機物，通常在1000以下選用粘土質(zhì)絕緣管，在1300以下選用高鋁管，在1600以下選用剛玉管保護(hù)管的作用在于使用熱電偶電極不直接與被測介質(zhì)接觸，它不僅可延長熱電偶的壽命，還可起到支撐和固定熱電極增加其強度的作用；因此，熱電偶保護(hù)管及絕緣選擇是否合適，將直接影響到熱電偶的使用壽命和測量的準(zhǔn)確度，被采用做保護(hù)管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。熱電偶的材料和種類1.熱電極材料的選擇對熱電極材料的要求：（1）物理性能穩(wěn)定，能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，其熱電特性不隨時間變化；（2）化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化和電極間不相互滲透；（3）熱電勢和熱電勢率要大（溫度變化1℃引起的熱電勢變化），熱電勢與溫度間呈線性關(guān)系；（4）復(fù)制性好，以便互換；（5）價格便宜，加工方便。熱電偶的材料和種類只有滿足上述要求的材料才能制成熱電偶。但實際上，很難找到全部滿足上述要求的電極材料，只能根據(jù)所使用的條件范圍，選擇合適的熱電極材料。常用的熱電偶一般是用純金屬與合金相配，或是合金與合金相配。1）純金屬電極：熱電極容易復(fù)制，熱電勢率??；當(dāng)兩電極是由兩種純金屬組成時，熱電勢率平均為20μV/℃，所以熱電偶的兩電極很少均采用純金屬。2）非金屬電極：電勢率大（可達(dá)1000μV/℃），熔點高，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性較差。3）合金電極：熱電性質(zhì)和工藝性能介于兩者之間。常用熱電偶絲材及其性能對熱電極材料的要求：（1）物理性能穩(wěn)定，能在較寬的溫度范圍內(nèi)使用，其熱電特性不隨時間變化；（2）化學(xué)性能穩(wěn)定，不易氧化和電極間不相互滲透；（3）熱電勢和熱電勢率要大（溫度變化1℃引起的熱電勢變化），熱電勢與溫度間呈線性關(guān)系；（4）復(fù)制性好，以便互換；（5）價格便宜，加工方便。常用熱電偶絲材及其性能1）純金屬電極：熱電極容易復(fù)制，熱電勢率?。划?dāng)兩電極是由兩種純金屬組成時，熱電勢率平均為20μV/℃，所以熱電偶的兩電極很少均采用純金屬。2）非金屬電極：電勢率大（可達(dá)1000μV/℃），熔點高，復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性較差。3）合金電極：熱電性質(zhì)和工藝性能介于兩者之間。2.常用熱電偶絲材及其性能（1）鉑銠10－鉑熱電偶（分度號為Ｓ，也稱為單鉑銠熱電偶）該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑。它的特點是：1）熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達(dá)1300℃，超達(dá)1400℃時，即使在空氣中、純鉑絲也將會再結(jié)晶，使晶粒粗大而斷裂；2）準(zhǔn)確度高，它是在所有熱電偶中，準(zhǔn)確度等級最高的，通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高的溫度；3）使用范圍較廣，均勻性及互換性好。主要缺點有：微分熱電勢較小，因而靈敏度較低；價格較貴，機械強度低，不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。2.常用熱電偶絲材及其性能２）鉑銠13－鉑熱電偶（分度號為Ｒ，也稱為單鉑銠熱電偶）該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑，同S型相比，它的電勢率大15%左右，其它性能幾乎相同，該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界，作為高溫?zé)犭娕加玫米疃啵谥袊?，則用得較少。（３）鉑銠30－鉑銠6熱電偶（分度號為Ｂ，也稱為雙鉑銠熱電偶）該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金，負(fù)極為含銠6%的鉑銠合金，在室溫下，其熱電勢很小，故在測量時一般不用補償導(dǎo)線，可忽略冷端溫度變化的影響；長期使用溫度為1600℃，短期為1800℃，因熱電勢較小，故需配用靈敏度較高的顯示儀表。Ｂ型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用，也可以在真空氣氛中的短期使用；即使在還原氣氛下，其壽命也是Ｒ或Ｓ型的10～20倍；由于其電極均由鉑銠合金制成，故不存在鉑銠－鉑熱電偶負(fù)極上所有的缺點、在高溫時很少有大結(jié)晶化的趨勢，且具有較大的機械強度；同時由于它對于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少，因此經(jīng)過長期使用后其熱電勢變化并不嚴(yán)重；缺點價格昂貴（相對于單鉑銠而言）。常用熱電偶絲材及其性能（４）鎳鉻－鎳硅（鎳鋁）熱電偶（分度號為Ｋ）該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金，負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金（有些國家的產(chǎn)品負(fù)極為純鎳）?？蓽y量0～1300℃的介質(zhì)溫度，適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)使用，短期使用溫度為1200℃，長期使用溫度為1000℃，其熱電勢與溫度的關(guān)系近似線性，價格便宜，是目前用量最大的熱電偶。Ｋ型熱電偶是抗氧化性較強的賤金屬熱電偶，不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用；當(dāng)氧分壓較低時，鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化，使熱電勢發(fā)生很大變化，但金屬氣體對其影響較小，因此，多采用金屬制保護(hù)管。Ｋ型熱電偶的缺點：熱電勢的高溫穩(wěn)定性較Ｎ型熱電偶及貴重金屬熱電偶差，在較高溫度下（例如超過1000℃）往往因氧化而損壞。常用熱電偶絲材及其性能1）在250～500℃范圍內(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)定性不好，即在同一溫度點，在升溫降溫過程中，其熱電勢示值不一樣，其差值可達(dá)2～3℃；2）其負(fù)極在150～200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變，致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表，尤其是在磁場中使用時往往出現(xiàn)與時間無關(guān)的熱電勢干擾；3）長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下，由于負(fù)極中的錳（Ｍn）、鈷（Ｃo）等元素發(fā)生蛻變，使其穩(wěn)定性欠佳，致使熱電勢發(fā)生較大變化。常用熱電偶絲材及其性能（５）鎳鉻硅－鎳硅熱電偶（分度號為Ｎ）該熱電偶的主要特點是：在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強，長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好，耐核輻射及耐低溫性能好，另外，在400～1300℃范圍內(nèi)，Ｎ型熱電偶的熱電特性的線性比Ｋ型偶要好；但在低溫范圍內(nèi)（-200～400℃）的非線性誤差較大，同時，材料較硬難于加工。（６）銅－銅鎳熱電偶（分度號為Ｔ）T型熱電電偶，該熱電偶的正極為純銅，負(fù)極為銅鎳合金（也稱康銅）。其主要特點是：在賤金屬熱電偶中，它的準(zhǔn)確度最高、熱電極的均勻性好；它的使用溫度是-200～350℃，因銅熱電極易氧化，并且氧化膜易脫落，故在氧化性氣氛中使用時，一般不能超過300℃，在-200～300℃范圍內(nèi)，它們靈敏度比較高，銅－康銅熱電偶還有一個特點是價格便宜，是常用幾種定型產(chǎn)品中最便宜的一種。常用熱電偶絲材及其性能（７）鐵－康銅熱電偶（分度號為Ｊ）J型熱電偶，該熱電偶的正極為純鐵，負(fù)極為康銅（銅鎳合金）。其特點是價格便宜，適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中，溫度范圍從-200～800℃，但常用溫度只是500℃以下，因為超過這個溫度后，鐵熱電極的氧化速率加快，如采用粗線徑的絲材，尚可在高溫中使用且有較長的壽命；該熱電偶能耐氫氣（H2）及一氧化碳（CO）氣體腐蝕，但不能在高溫（例如500℃）含硫（S）的氣氛中使用。（８）鎳鉻－銅鎳（康銅）熱電偶（分度號為E）E型熱電偶是一種較新的產(chǎn)品，它的正極是鎳鉻合金，負(fù)極是銅鎳合金（康銅）。其最大特點是在常用的熱電偶中，其熱電勢最大，即靈敏度最高；它的應(yīng)用范圍雖不及Ｋ型偶廣泛，但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)率低、可容許大電阻的條件下，常常被選用；使用中的限制條件與Ｋ型相同，但對于含有較高濕度氣氛的腐蝕不很敏感。熱電偶的冷端溫度處理對于已選定的熱電偶，當(dāng)參比端溫度恒定時，則總的熱電動勢就成測量端溫度的單值函數(shù)。即一定的熱電勢對應(yīng)著一定的溫度，而熱電偶的分度表中，參比端溫度均為0度。但在應(yīng)用現(xiàn)場，參比端溫度千差萬別，不可能都恒定在0度，這就會產(chǎn)生測量誤差，這就是熱電偶要進(jìn)行溫度補償?shù)脑?。在實際應(yīng)用中常把熱電偶的參比端稱為冷端。熱電偶冷端溫度補償?shù)姆椒ㄓ校海?）冰浴法常用在實驗室，即把參比端溫度恒定在0度，但做起來成本高、難度大。（2）冷端溫度校正法常用在要求不高的現(xiàn)場，即當(dāng)冷端溫度無法恒定為0度，就需要對儀表的指示值進(jìn)行修正。做起來容易但誤差較大。熱電偶的冷端溫度處理（3）補償電橋法較少單獨使用，是利用不平衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶冷端溫度變化所引起的熱電勢變化值。補償電橋有單獨產(chǎn)品，也有做在儀表內(nèi)的。（4）補償導(dǎo)線法這是最常用的方法。由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t0≠0℃時對測溫的影響；在使用熱電偶補償導(dǎo)線時必須注意型號相配，極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過100℃。熱電偶的選擇、使用在實際測溫時，被測對象極其復(fù)雜，應(yīng)在熟悉被測對象、掌握各種熱電偶特性的基礎(chǔ)上，根據(jù)測量要求、使用環(huán)境、溫度的高低等正確地選擇熱電偶。1.按使用溫度選擇當(dāng)t<1000℃時，多選用廉價金屬熱電偶，如K型熱電偶。它的特點是使用溫度范圍寬，高溫下性能較穩(wěn)定。當(dāng)t=-200～300℃時，最好選用T型熱電偶。它是廉金屬熱電偶中準(zhǔn)確度最高的；也可選擇E型熱電偶，它是廉金屬中熱電勢變化率最大、靈敏度最高的。當(dāng)t=1000～1400℃時，多選用R、S型熱電偶。當(dāng)t<1300℃時，可選用N型或者K型熱電偶。當(dāng)t=1400～1800℃時.多選用B型熱電偶。當(dāng)t<1600℃時，短期可用S型或R型熱電偶。當(dāng)t>1800℃時，常選用鎢錸熱電偶。熱電偶的選擇、使用2.根據(jù)被測介質(zhì)選擇（1）氧化性氣氛當(dāng)t<1300℃時，多選用N型或K型熱電偶，因為它們是廉金屬熱電偶中抗氧化性最強的；當(dāng)t>1300℃時，選用鉑銘系熱電偶。（2）真空、還原性氣氛當(dāng)t<950℃時，可選用J型熱電偶，它既可以在氧化性氣氛下工作，又可以在還原性氣氛下工作；當(dāng)t>1600℃時，應(yīng)選用鎢鋅熱電偶.（3）根據(jù)冷端溫度的影響選擇當(dāng)t<1000℃時，可選用鎳鉆-鎳鋁熱電偶。其冷端溫度在0～300℃時，可忽略其影響。它常被用于飛機尾噴口排氣溫度的測量；當(dāng)t>1000℃時，常選用B型熱電偶，一般可忽略冷端溫度的影響。熱電偶的選擇、使用3.根據(jù)熱電極的直徑與長度選擇熱電極直徑和長度的選擇是由熱電極材料的價格、比電阻、測溫范圍及機械強度決定的。對于快速反應(yīng)，必須選用細(xì)直徑的電極絲；測ht端越小，越靈敏，響應(yīng)速度越快，但電阻也越大。如果熱電極直徑選擇過細(xì)，會使測最線路的電阻值增大。若選擇粗直徑的熱電極絲，雖然可以提高熱電偶的測溫范圍和壽命，但要延長響應(yīng)時間。熱電極絲長度的選擇是由安裝條件，主要是由插入深度決定的。綜上所述，熱電偶絲的直徑與長度，雖不影響熱電勢的大小，但是它卻直接與熱電偶的使用壽命、動態(tài)響應(yīng)特性及線路電阻有關(guān)，所以它的正確選擇也是很重要的。熱電偶的安裝熱電偶的安裝應(yīng)遵循如下原則：1.安裝方向安裝熱電偶時，應(yīng)盡可能保持垂直，以防保護(hù)管在高溫下產(chǎn)生變形。若水平安裝熱電偶，則在高溫下會因自重的影響而向下彎曲，可用耐火磚或耐熱金屬支架來支撐，以防止彎曲；測流體溫度時，熱電偶應(yīng)與被測介質(zhì)形成逆流，亦即安裝時熱電偶應(yīng)迎著被測介質(zhì)的流向插入，至少須與被測介質(zhì)成正交。2.安裝位置熱電偶的測M端應(yīng)處于能夠真正代表被測介質(zhì)溫度的地方。如測量管道中流體的溫度，熱電偶工作端應(yīng)處于管道中流速最大的地方，熱電偶保護(hù)管的末端應(yīng)越過管道中心線約5～10mm。熱電偶的安裝3.插入深度熱電偶應(yīng)有足夠的插入深度。在實際測溫過程中，如熱電偶的插入深度不夠，將會受到與保護(hù)管接觸的側(cè)壁或周圍環(huán)境的影響而引起測量誤差。對金屬保護(hù)管熱電偶，插入深度應(yīng)為直徑的15～20倍；對非金屬保護(hù)管熱電偶，插入深度應(yīng)為直徑的10～15倍。此外，熱電偶保護(hù)管露在設(shè)備外的部分應(yīng)盡可能短，最好加保溫層，以減少熱損失。4.細(xì)管道內(nèi)流體溫度的測量在細(xì)管道（直徑小于80mm）內(nèi)測溫，往往因插入深度不夠而引起測量誤差，安裝時應(yīng)接擴大管，選擇適宜部位安裝，以減小或消除此項誤差。熱電偶的安裝5.含大量粉塵氣體的溫度測量由于氣體內(nèi)含大獻(xiàn)粉塵，對保護(hù)管的磨損嚴(yán)重，采用端部切開的保護(hù)筒。如采用鎧裝熱電偶，不僅響應(yīng)快，而且壽命長。6.負(fù)壓管道中流體溫度的測量熱電偶安裝在負(fù)壓管道中，必須保證其密封性，以防外界冷空氣吸入，使測量值偏低。7.接線盒安裝導(dǎo)線及電纜等在穿管前應(yīng)檢查其有無斷頭和絕緣性能是否達(dá)到要求。管內(nèi)導(dǎo)線不得有接頭，否則應(yīng)加接線盒。熱電偶接線盒的蓋子應(yīng)朝上，以免雨水或其他液體的侵入，影響測量的準(zhǔn)確度。8.如果被測物體很小，在安裝時應(yīng)注意不要改變原來的熱傳導(dǎo)及對流條件。熱電偶的使用1.為減小測量誤差，熱電偶應(yīng)與被測對象充分接觸，使兩者處于相同溫度。2.保護(hù)管應(yīng)有足夠的機械強度，并可承受被測介質(zhì)的腐蝕。保護(hù)管的外徑越粗，耐熱、耐腐蝕性越好，但熱導(dǎo)性也越差。3.當(dāng)保護(hù)管表面附著灰塵等物質(zhì)時，將因熱阻增加，使指示溫度低于真實溫度而產(chǎn)生誤差，故應(yīng)定期清洗。4.磁感應(yīng)的影響。熱電偶的信號傳輸線。在布線時應(yīng)盡量避開強電區(qū)（如大功率的電機、變壓器等），更不能與電網(wǎng)線近距離平行敷設(shè)。如果實在避不開，也要采取屏蔽措施或采用鎧裝線，并使之完全接地。若擔(dān)心熱電偶受影響時，可將熱電極絲與保護(hù)管完全絕緣，并將保護(hù)管接地。熱電偶的使用5.如在最高使用溫度下長期工作，應(yīng)注意熱電偶材質(zhì)發(fā)生變化而引起誤差。6.冷端溫度的補償與修正熱電偶的冷端必須妥善處理，保持恒定，補償導(dǎo)線的種類及正、負(fù)極不要接錯，補償導(dǎo)線不應(yīng)有中間接頭，補償導(dǎo)線最好與其他導(dǎo)線分開敷設(shè)。7.熱電偶的焊接、清洗、定期檢定與退火等應(yīng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。熱電偶常見故障及處理辦法按照儀表接線圖進(jìn)行正確接線通電后，儀表先是顯示儀表的熱電偶分度號，接著顯示儀表量程范圍，再測儀表下排的數(shù)碼管顯示設(shè)定溫度，儀表上排數(shù)碼管顯示測量溫度。若儀表上排數(shù)碼管顯示不是發(fā)熱體的溫度，而顯示“OVER”、“0000”或“000”等狀況，說明儀表輸入部位產(chǎn)生故障，應(yīng)作如下試驗：（1）把熱電偶從儀表熱電偶輸入端拆下，再用任何一根導(dǎo)線把儀表熱電偶輸入端短路。通電時，儀表上排數(shù)碼管顯示值約為室溫時，說明熱電偶內(nèi)部連線開路，應(yīng)更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要調(diào)換儀表。熱電偶常見故障及處理辦法（2）把上述故障儀表的熱電偶拆去，換用旁邊運行正常的同種分度號儀表上接入的熱電偶，通電后，原故障儀表上排數(shù)碼管顯示發(fā)熱體溫度時，說明熱電偶內(nèi)部連線開路，更換同類型熱電偶。若還是以上所說的狀況，說明儀表在運輸過程中，儀表的輸入端被損壞，要更換儀表。（3）把有故障的熱電偶從儀表上拆下來，用萬用表放在