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热电偶原理
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热电偶的种类和工作原理

热电偶的工作原理:
   当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为T,称为工作端或热端,另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端)或冷端,则回 路中就有电流产生,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一,当有电流流过两个不同导体的连接处时此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向),称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决于电流相对于温度梯度的方向),称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T,T0)是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势,此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势,此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关,而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势,热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处a,b之间便有一电动势差△V,其极性和大小与回路中的热电势一致。并规定在冷端,当电流由A流向B时,称A为正极,B为负极。实验表明,当△V很小时,△V与△T成正比关系。定义△V对△T的微分热电势为热电势率,又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。热电偶的种类  
    常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所谓标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶,它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶,一般也没有统一的分度表,主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶中国从1988年1月1日起,热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产,并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为中国统一设计型热电偶。
1、K型热电偶镍铬(镍硅(镍铝)热电偶)
  K型热电偶是抗氧化性较强的廉金属热电偶,可测量0~1300℃的介质温度,适宜在氧化性及惰性气体中连续使用,短期使用温度为1200℃,长期使用温度为1000℃,其热电势与温度的关系近似线性,是目前用量最大的热电偶。然而,它不适宜在真空、含硫、含碳气氛及氧化还原交替的气氛下裸丝使用;当氧分压较低时,镍铬极中的铬将择优氧化,使热电势发生很大变化,但金属气体对其影响较小,因此,多采用金属制保护管。
  K型热电偶缺点:
  (1)热电势的高温稳定性较N型热电偶及贵重金属热电偶差,在较高温度下(例如超过1000℃)往往因氧化而损坏;
  (2)在250~500℃范围内短期热循环稳定性不好,即在同一温度点,在升温降温过程中,其热电势示值不一样,其差值可达2~3℃;
  (3)其负极在150~200℃范围内要发生磁性转变,致使在室温至230℃范围内分度值往往偏离分度表,尤其是在磁场中使用时往往出现与时间无关的热电势干扰;
  (4)长期处于高通量中系统辐照环境下,由于负极中的锰(Mn)、钴(Co)等元素发生蜕变,使其稳定性欠佳,致使热电势发生较大变化。
  该热电偶的正极成份为含铑10%的铂铑合金,负极为纯铂。
  其特点是:
  (1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃时,即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶,使晶粒粗大而断裂;
  (2)精度高,在所有热电偶中准确度等级最高,通常用作标准或测量较高温度;
  (3)使用范围较广,均匀性及互换性好;
  (4)主要缺点有:微分热电势较小,因而灵敏度较低;价格较贵,机械强度低,不
  适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
3、E型热电偶(镍铬-铜镍[康铜]热电偶)
  E型热电偶为一种较新产品,正极为镍铬合金,负极为铜镍合金(康铜)。其最大特点是在常用的热电偶中,其热电势最大,即灵敏度最高;它的应用范围虽不及K型偶广泛,但在要求灵敏度高、热导率低、可容许大电阻的条件下,常常被选用;使用中的限制条件与K型相同,但对于含有较高湿度气氛的腐蚀不很敏感。
4、N型热电偶(镍铬硅-镍硅热电偶)
  该热电偶的主要特点:在1300℃以下调温抗氧化能力强,长期稳定性及短期热循环复现性好,耐核辐射及耐低温性能好,另外,在400~1300℃范围内,N型热电偶的热电特性的线性比K型偶要好;但在低温范围内(-200~400℃)的非线性误差较大,同时,材料较硬难于加工。
5、J型热电偶(铁-康铜热电偶)
  J 型热电偶:该热电偶的正极为纯铁,负极为康铜(铜镍合金),具特点是价格便宜,适用于真空氧化的还原或惰性气氛中,温度范围从-200~800℃,但常用温度只在500℃以下,因为超过这个温度后,铁热电极的氧化速率加快,如采用粗线径的丝材,尚可在高温中使用且有较长的寿命;该热电偶能耐氢气(H2)及一氧化碳(CO)气体腐蚀,但不能在高温(例如500℃)含硫(S)的气氛中使用。
6、T型热电偶(铜-铜镍热电偶)
  T型热电电偶:该热电偶的正极为纯铜,负极为铜镍合金(也称康铜),其主要特点是:
  在廉金属热电偶中,它的准确度最高、热电极的均匀性好;它的使用温度是-200~350℃,因铜热电极易氧化,并且氧化膜易脱落,故在氧化性气氛中使用时,一般不能超过300℃,在-200~300℃范围内,它们灵敏度比较高,铜-康铜热电偶还有一个特点是价格便宜,是常用几种定型产品中最便宜的一种。
7、R型热电偶(铂铑13-铂热电偶)
该热电偶的正极为含13%的铂铑合金,负极为纯铂,同S 型相比,它的电势率大15%左右。
(1)热电性能稳定、抗氧化性强、宜在氧化性气氛中连续使用、长期使用温度可达1300℃,超达1400℃时,即使在空气中、纯铂丝也将会再结晶,使晶粒粗大而断裂;
  (2)精度高,在所有热电偶中准确度等级最高,通常用作标准或测量较高温度;
  (3)使用范围较广,均匀性及互换性好;
  (4)主要缺点有:微分热电势较小,因而灵敏度较低;价格较贵,机械强度低,不
  适宜在还原性气氛或有金属蒸汽的条件下使用。
 
 
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