高温实验技术和测温技术
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样品达到所要求的温度。它决定炉子的工作能力和寿命。标志电热体性 能的三个指标： Ä最高使用温度：是指电热元件本身的表面温度，而不是炉膛最高。炉膛 的最高温度主要取决于电热温度。一般来说，炉膛温度比电热元件温度 低50～150℃,炉膛的最高温度取决于电热元件的最高使用温度。 Ä电阻系数及电阻温度系数：电阻系数是指电热体在20℃下，1m长 度,1mm2断面所具有的电阻值。电热体的电阻随着温度变化而变化，衡量 这个变化程度的叫电阻温度系数。电阻温度系数越小，说明温度变化时 电阻值变化小，在一定的供电制度下，供电功率较稳定，温度控制性能 较好。 Ä表面负荷及允许表面负荷：表面负荷是指电热体单位工作表面上分担的 功率。表面负荷是选择电热元件必须考虑的一个参数。允许表面负荷值 是从大量实践中总结出来的，采用允许表面负荷值来设计电热元件，综 合了技术上和经济上的合理要求。允许表面负荷对不同材质规格的电热 体以及工作状态有关。
当电极材料选定后，热电偶的电动势仅与两个结点温度 有关，即：
dE AB (t,t0)SAd B t
E A(B t1,t0)tt0 1SAB eA(B t1)eA(B t0)
E A ( tB 1 ,t0 ) e A ( tB 1 ) C f( t1 )
3.3 温度的测量
3.3.2 热电偶测温基本定律
3.1 高温实验炉
电子束炉
电子束加热的原理将是高速电子流轰击被加热金属表面，将它 的动能转化为热能，从而金属被加热、熔化并流入水冷铜模内。
熔炼是在10-1 ～ 10-3Pa的高真空下的水冷铜坩埚（结晶器）内 进行的，可以有效地避免金属液被耐火材料污染，因此电子束熔炼为 一些金属材料，特别是难熔金属提供了一种有效地精炼手段。在实验 室里，电子束加热已成功的用来区域精炼金属和生产单晶。
(3) 高频感应炉
高频感应炉使用的电源频率在10 ～ 300千赫
兹，所用电源为高频 电子管振荡器、可控硅变频 器或高频发电机，以产生高压高频率交流电供高 频炉使用。高频炉受电源功率限制，主要用于实 验室。作为科研试验用的高频炉容量通常仅有几 百克。高频感应炉的电源设备复杂，工作电压高， 安全性差，这种炉子逐步被中频感应炉所代替。
3.3 温度的测量
标准热电偶的技术数据
热电偶名称
分度 号
新
热电极识别
极 性
识别
E（100,0） （mV）
测温范围（℃）
长期
短期
等 级
对分度表允许偏差（℃）
使用温度
允差
铂铑10-铂
S
正 亮白硬
负 亮白软
0.646
0~1300
160 0
Ⅲ
≤600 ＞600
±1.5℃ ±0.25%t
铂铑13铂
铂铑30铂铑6
3.1 高温实验炉
3.1.4 悬浮熔炼炉
悬浮熔炼炉又称为无坩埚熔 炼炉，如图所示。
当悬浮线圈通入交流电后就 会产生一个磁场，如果有一个导 体（金属试样）在这个高频磁场 中，由于感应作用在金属内部产 生感应电流，同时也产生一个磁 场，其方向与悬浮线圈产生的磁 场相反，从而产生一个斥力使导 体悬浮于空间。
3.1 高温实验炉
（4）真空感应炉 真空感应炉是用来进行真
空冶炼的设备。真空炉的电 源设备与中频感应炉基本相 同。真空炉的感应圈和坩埚 部分被放在能够密封的炉壳 内（如图），由真空泵抽气 后，真空度可达到范围内。 国产真空感应炉容量为10－ 1500公斤。真空炉的设备和 操作都比较复杂，可以在真 空下加料、取样和铸锭，一 般仅在进行特殊要求的钢种 试验时才使用。
等组成的混合体叫做等离子体。
用于产生等离子体的装置称为等离子发生
器，也叫等离子枪。当气体（常用Ar气）通过
等离子枪内电弧区时，被电离成等离子体，从
喷口高速喷出，喷出后等离子体又极快复合成 分子状态而放出能量。氩弧等离子流的温度能 达2万℃以上。
等离子电弧炉 1-等离子发生器;2-炉顶密封部分; 3-底部电极; 4-倾出口
3.1 高温实验炉
等离子电弧炉
等离子炉是用电弧放电加热气体以形成高
温等离子体作为热源进行熔炼或加热的电炉。
等离子电弧炉由等离子枪、炉体及直流电
源三部分组成。当气态原子获得一定能量时，
其最外层电子脱离原子核的吸引成为自由电子。
而原子则成为正离子。这种现象叫做气体的电
离。自由电子、正离子以及气体的原子和分子
铜-康铜
正
红色
Ⅱ
-40~350
±1℃或±0.75%t
T
负 银白色
4.279
-200~350
400
Ⅲ
-200~40
±1℃或±1.5%t
铁-康铜
正
亲磁
J
负 不亲磁
5.269
-40~600 750
Ⅱ
-40~750
±2.5℃或±0.75%t
3.3 温度的测量 标准热电偶热电势和温度的关系
可石由④电②适补由4(同在在一在产 同中④适在等热 冷保金①反进1热后当（石表当能标②中电3热)用墨一所阻耐用偿导贵高实般实生J间所用高离电坩温属铬查行电，气5墨面气量准耐间阻高高 型）电来 通 种 盛 温 火 于 导 体 金 温 验 来 际 的温 盛 于 温 子 偶埚 隔 电 镍 分 高 偶 常 态 通 负 体 。 化 火 温 炉温频相软偶做常均金度材实线A属实室说应热 度金实实电的 熔热热合度温的温原常荷（热材度设实感比质、测坩加质属系料验的热验里，用电 定属验验弧冷 炼材体金表实工强子加是常电料定备验应，粘B温埚工导的数和室型电炉，炉中势 律的室炉炉端 是料通丝即验作度获工选用偶和律简用可炉耐土原盛成体种越炉中号偶中电膛，后 可种中中由处 一常－可时原低得成择：炉可单A耐组热：r理金管组类小渣的、相，子温热才 以类的，等理 种制可得，理，一管电工渣以、气火成性含属状成：，的精线比为束度电能 用：精为离和 采成在到对演经定状热艺的用易）材一能w熔，的例说酸确芯时减加比偶符 下例确减子补 用丝准耐示高能，元上酸下于1通料(对良0A体用闭如明碱测材效少热电的合式如测少枪偿水状确火（温量用件比碱式制过0l热2好0，于合，温性量质变热已热参热 表，量热、冷，的材塞煅时于必较性表作:等O℃电3适碳回铁度：和和化损成元比电 示铁和损炉分缠被料贝烧，碳须成：示、离以偶)～合管路水变例检绝大失功件端偶 ：水检失体瓣绕测选克后其管考熟例：温子下。3盛炉，可化如定缘和的温往分 可定和及铜在温用实，最炉虑，如度枪的0％酸（不用时，热层保用度往度 用热保直坩炉度一验外（的能，和M内空g、性也论石电碱电着证来低不表 石电证流埚管值般）层也一批碱气电气Cw或称导墨阻性偶色炉区是的 墨偶炉电对上。应电称个量性氛5弧l环2(0放S一为体坩值渣时温域，要 坩时温源物作考子为参生渣容区～境iO出般汤的埚变要使稳精而求 埚使稳三料为虑脱汤数产要易时1条25氯硅曼横，化用用定炼是。 ，用定部进加如离曼。、用控，)件0～℃气酸炉截钢小碱。金环钢。分行热下原炉性碱制被,,下常常,并5盐）面水，性属境水组真元几子）能性，电炉长需需5生炉电积可在耐和温可成空件点核电稳耐在离膛％期要要成渣热、用一火生度用。感，：的热定火实成的，使在在M。元长定材产，应常吸元、材验等AA最可用炉炉llg22件度的料单这熔用引件应料室离高用。O壳壳OO，以供；晶时炼的成，用；使子.温作33内内也及电。测的电为也广用体或或度粘填填可温制量方热自可泛最，MM取土充充gg做度度出法丝由做，多从决质保保OO成分下的。有电成具。喷于和坩坩温温板布，回：子板有口电高埚埚材材状如供路。状统高热铝；；料料或何电热或一速元质。。其均功电其分喷件它不率势它度出的形产较要形表，最状生稳小状并喷高。热定，。已出使电，因列后用动温此入等温势 度 必 国离度。控须际子。制加和体性上国又能环家极较境标快好温准复。度文合与件成冰中分点的子之热状间电态温偶而差。放所出
镍铬硅-镍 硅
N
正 不亲磁 负 稍亲磁
2.774
-
130
200~1200
0
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
±1.5℃或±0.4%t ±2.5℃或±0.75%t
镍铬-康铜
E
正 负
暗绿 亮黄
4.319
Ⅱ
-200~760
850
Ⅲ
-40~900 -200~40
±2.5℃或±0.75%t ±2.5℃或±1.5%t
3.2 电热元件
3.2.2 电热体
电热体分为金属和非金属两类，以下分 别介绍。
(1)金属电热体 金属电热体通常制成丝状，缠绕在炉管 上作为加热元件，常用的电热丝有： ①铬镍合金丝－可在1000℃以下的空气 环境条件下长期使用。 ②铁铬铝合金丝－使用温度在1200℃以 下，可以在氧化气氛下（空气）使用 。 ③铂丝和铂铑丝－铂丝使用温度在 1400℃以下，铂铑则可用到1600℃。 能在 氧化气氛（空气）中使用。 ④钼丝－Mo的熔点高，长期使用温度可 达1700℃，但Mo在高温氧化气氛中可生成氧 化钼升华，因而仅能在高纯氢、氨分解气或 真中使用。
悬浮熔炼可以避免坩埚材料 产生的污染，主要用于实验室的 小型纯金属熔炼研究，也可用于 冶金反应平衡研究。
3.1 高温实验炉
3.1.5 冷坩埚熔炼炉 冷坩埚熔炼是一种采用
水冷分瓣铜坩埚对物料进行 真空感应熔炼的方法。典型 的冷坩埚熔炼炉结构如图所 示。
铜坩埚分瓣的目的是为 了避免导电的坩埚对电磁场 产生屏蔽作用；
中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
3.3 温度的测量
3.3.3 常用标准热电偶
标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、 性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列 入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热 电偶可以互相交换，精度有一定的保证。
国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标准化热 电偶
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E C ( T B ,T 0 )
A
A
C
T
T =T
T —T
T
B0
C0
B0
4)中间温度定律
热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接 点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定
律可以用下式表示： E A ( T B ,T 0 ) E A B ( T ,T n ) E A ( T B n ,T 0 )
1)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、
长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 2)中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温 度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
T
T0
V
3.3 温度的测量 3)参考电极定律
两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生 的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：
水冷的目的是为了使坩 埚壁温度保持在冷态，避免 熔池中熔料与坩埚发生物理 和化学反应。
3.1 高温实验炉
电阻炉
电阻炉设备简单、易于制作、温度和气氛容易控制，在实验室使用最多。 电阻炉是将电能转换成热能的装置。当电流I通过具有电阻R的导体时，经过 t时间便可产生热量Q。 当电热体产生的热量与炉体散热达到平衡时，炉内即可达到恒温。
正
较硬
R
负
柔软
正
较硬
B
负
稍软
0.647
0~1300
160 0
Ⅱ
＜600 ＞1100
0.033
0~1600
180 0
Ⅲ
600~900℃ ±0.5%t
镍铬-镍硅
K
正 不亲磁 负 稍亲磁
4.096
0~1200
130 0
Ⅱ Ⅲ
-40~1300 -200~40
±2.5℃或±0.75%t ±2.5℃或±1.5%t
3.3 温度的测量
在冶金高温实验中，准确的温度测量和控制是必不可少的。 测量温度的方法分二类
接触式测温（如热电偶）-温度传感元件要紧靠被测物体或直接 置于温度场中（热电偶温度计：热电偶+测量仪表+连接导线）；
非接触式测温（如光学高温计）-利用被测物体的热辐射或辐射 光谱分布随温度的变化来测量物体温度的。
A＋
T
自由 电子
B
eAB（ T ）
3.3 温度的测量
塞贝克热电效应：将两种不同材料的导体A和B串接成一个 闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热 电势，形成电流，此现象称为热电效应。
3.3 温度的测量 由导体A、B可组成一对热电偶。接点1焊接在一起，工
作时将它置于被测温的场所，故称为工作端（热端）。接点2 要求恒定在一定温度下，称为自由端（冷端）。
3.2 电热元件
(2) 非金属电热体 非金属电热体通常做成棒状或管状，作为
较高温度的加热元件，常用的非金属电热体有 如下三种： ①硅碳电热体－SiC电热元件在氧化气氛下能 在1400℃以下长期工作，右图是不同形状的 SiC电热元件，棒状SiC常用于箱式电阻炉（也 称为马弗炉），管状SiC用于管式电阻炉。 ②硅钼电热体
MoSi2电热元件一般做成I或U型，如图所示。 这种电热体可在氧化气氛中1700℃以下使用。 ③石墨电热体
石墨通常加工成管状，用于碳管炉（也称
为汤曼炉）电热元件，也可做成板状或其它形 状。石墨电热体在真空或惰性气氛中使用温度 可达2200℃，一般在1800℃以下使用。石墨耐 急冷急热，配用低电压大电流电源，能快速升 温。但石墨在高温下容易氧化，需在保护气氛 （Ar、N2）中使用。
3.1 高温实验炉
电阻炉结构
根据用途不同，实验室用的电阻炉，有 竖式或卧式管状炉、箱式炉等，其基本结构 大致相同。如图竖式电阻炉的结构，主要由 以下6部分组成：
(1)电热体 (2)电源引线 (3)炉管 (4)炉壳 (5)炉衬 (6)支架
3.2 电热元件（电阻炉的核心）
3.2.1 电热元件： 电阻炉的关键组成部分，其作用是把电能转化为热能，使被加热的
3.1 高温实验炉
根据电流频率，感应炉可分为以下三种： （1）工频感应炉
工频感应炉是以工业频率的电流（50或60赫兹） 作为电源的感应电炉。国内工频感应炉的容量为 0.5～20吨。它是一种用途比较广泛的冶炼设备。 （2）中频感应炉
所用电源在150 ～ 10000赫兹范围内的感应
炉称为中频感应炉。中频炉的容量可以从几公斤 到几吨。中频炉的电源设备有中频发电机和可控 硅变频器。中频炉的应用非常广泛，大部分冶金 实验室都配备有5－150公斤的中频炉。
3.3 温度的测量 3.3.1 热电偶测温原理 热电偶的工作原理演示（塞贝克实验）
热电极A
左端称为：
测量端
A
（工作端、
热端）
热电势
热电极B
右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
B
结论： 当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
3.3 温度的测量
结点产生热电势的微观解释及图形符号
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电 子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子 的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的 金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产 生热电势。
3.1 高温实验炉 3.2 电热原件 3.3 温度的测量 3.4 高温实验用耐火材料
3.1 高温实验炉
3.1.1 感应炉
无芯感应炉是利用电磁感应在被加热 的金属内部形成感应电流来加热和熔化金属 的，感应炉的基本电路如图所示 。
感应线圈是用铜管绕成的螺旋形线圈， 铜管通水进行冷却。交变电流通过感应线圈 时使坩埚中的金属料因电磁感应而产生电流。 感应电流通过坩埚内的金属料时，产生热量， 可将金属熔化。
当电极材料选定后，热电偶的电动势仅与两个结点温度 有关，即：
dE AB (t,t0)SAd B t
E A(B t1,t0)tt0 1SAB eA(B t1)eA(B t0)
E A ( tB 1 ,t0 ) e A ( tB 1 ) C f( t1 )
3.3 温度的测量
3.3.2 热电偶测温基本定律
3.1 高温实验炉
电子束炉
电子束加热的原理将是高速电子流轰击被加热金属表面，将它 的动能转化为热能，从而金属被加热、熔化并流入水冷铜模内。
熔炼是在10-1 ～ 10-3Pa的高真空下的水冷铜坩埚（结晶器）内 进行的，可以有效地避免金属液被耐火材料污染，因此电子束熔炼为 一些金属材料，特别是难熔金属提供了一种有效地精炼手段。在实验 室里，电子束加热已成功的用来区域精炼金属和生产单晶。
(3) 高频感应炉
高频感应炉使用的电源频率在10 ～ 300千赫
兹，所用电源为高频 电子管振荡器、可控硅变频 器或高频发电机，以产生高压高频率交流电供高 频炉使用。高频炉受电源功率限制，主要用于实 验室。作为科研试验用的高频炉容量通常仅有几 百克。高频感应炉的电源设备复杂，工作电压高， 安全性差，这种炉子逐步被中频感应炉所代替。
3.3 温度的测量
标准热电偶的技术数据
热电偶名称
分度 号
新
热电极识别
极 性
识别
E（100,0） （mV）
测温范围（℃）
长期
短期
等 级
对分度表允许偏差（℃）
使用温度
允差
铂铑10-铂
S
正 亮白硬
负 亮白软
0.646
0~1300
160 0
Ⅲ
≤600 ＞600
±1.5℃ ±0.25%t
铂铑13铂
铂铑30铂铑6
3.1 高温实验炉
3.1.4 悬浮熔炼炉
悬浮熔炼炉又称为无坩埚熔 炼炉，如图所示。
当悬浮线圈通入交流电后就 会产生一个磁场，如果有一个导 体（金属试样）在这个高频磁场 中，由于感应作用在金属内部产 生感应电流，同时也产生一个磁 场，其方向与悬浮线圈产生的磁 场相反，从而产生一个斥力使导 体悬浮于空间。
3.1 高温实验炉
（4）真空感应炉 真空感应炉是用来进行真
空冶炼的设备。真空炉的电 源设备与中频感应炉基本相 同。真空炉的感应圈和坩埚 部分被放在能够密封的炉壳 内（如图），由真空泵抽气 后，真空度可达到范围内。 国产真空感应炉容量为10－ 1500公斤。真空炉的设备和 操作都比较复杂，可以在真 空下加料、取样和铸锭，一 般仅在进行特殊要求的钢种 试验时才使用。
等组成的混合体叫做等离子体。
用于产生等离子体的装置称为等离子发生
器，也叫等离子枪。当气体（常用Ar气）通过
等离子枪内电弧区时，被电离成等离子体，从
喷口高速喷出，喷出后等离子体又极快复合成 分子状态而放出能量。氩弧等离子流的温度能 达2万℃以上。
等离子电弧炉 1-等离子发生器;2-炉顶密封部分; 3-底部电极; 4-倾出口
3.1 高温实验炉
等离子电弧炉
等离子炉是用电弧放电加热气体以形成高
温等离子体作为热源进行熔炼或加热的电炉。
等离子电弧炉由等离子枪、炉体及直流电
源三部分组成。当气态原子获得一定能量时，
其最外层电子脱离原子核的吸引成为自由电子。
而原子则成为正离子。这种现象叫做气体的电
离。自由电子、正离子以及气体的原子和分子
铜-康铜
正
红色
Ⅱ
-40~350
±1℃或±0.75%t
T
负 银白色
4.279
-200~350
400
Ⅲ
-200~40
±1℃或±1.5%t
铁-康铜
正
亲磁
J
负 不亲磁
5.269
-40~600 750
Ⅱ
-40~750
±2.5℃或±0.75%t
3.3 温度的测量 标准热电偶热电势和温度的关系
可石由④电②适补由4(同在在一在产 同中④适在等热 冷保金①反进1热后当（石表当能标②中电3热)用墨一所阻耐用偿导贵高实般实生J间所用高离电坩温属铬查行电，气5墨面气量准耐间阻高高 型）电来 通 种 盛 温 火 于 导 体 金 温 验 来 际 的温 盛 于 温 子 偶埚 隔 电 镍 分 高 偶 常 态 通 负 体 。 化 火 温 炉温频相软偶做常均金度材实线A属实室说应热 度金实实电的 熔热热合度温的温原常荷（热材度设实感比质、测坩加质属系料验的热验里，用电 定属验验弧冷 炼材体金表实工强子加是常电料定备验应，粘B温埚工导的数和室型电炉，炉中势 律的室炉炉端 是料通丝即验作度获工选用偶和律简用可炉耐土原盛成体种越炉中号偶中电膛，后 可种中中由处 一常－可时原低得成择：炉可单A耐组热：r理金管组类小渣的、相，子温热才 以类的，等理 种制可得，理，一管电工渣以、气火成性含属状成：，的精线比为束度电能 用：精为离和 采成在到对演经定状热艺的用易）材一能w熔，的例说酸确芯时减加比偶符 下例确减子补 用丝准耐示高能，元上酸下于1通料(对良0A体用闭如明碱测材效少热电的合式如测少枪偿水状确火（温量用件比碱式制过0l热2好0，于合，温性量质变热已热参热 表，量热、冷，的材塞煅时于必较性表作:等O℃电3适碳回铁度：和和化损成元比电 示铁和损炉分缠被料贝烧，碳须成：示、离以偶)～合管路水变例检绝大失功件端偶 ：水检失体瓣绕测选克后其管考熟例：温子下。3盛炉，可化如定缘和的温往分 可定和及铜在温用实，最炉虑，如度枪的0％酸（不用时，热层保用度往度 用热保直坩炉度一验外（的能，和M内空g、性也论石电碱电着证来低不表 石电证流埚管值般）层也一批碱气电气Cw或称导墨阻性偶色炉区是的 墨偶炉电对上。应电称个量性氛5弧l环2(0放S一为体坩值渣时温域，要 坩时温源物作考子为参生渣容区～境iO出般汤的埚变要使稳精而求 埚使稳三料为虑脱汤数产要易时1条25氯硅曼横，化用用定炼是。 ，用定部进加如离曼。、用控，)件0～℃气酸炉截钢小碱。金环钢。分行热下原炉性碱制被,,下常常,并5盐）面水，性属境水组真元几子）能性，电炉长需需5生炉电积可在耐和温可成空件点核电稳耐在离膛％期要要成渣热、用一火生度用。感，：的热定火实成的，使在在M。元长定材产，应常吸元、材验等AA最可用炉炉llg22件度的料单这熔用引件应料室离高用。O壳壳OO，以供；晶时炼的成，用；使子.温作33内内也及电。测的电为也广用体或或度粘填填可温制量方热自可泛最，MM取土充充gg做度度出法丝由做，多从决质保保OO成分下的。有电成具。喷于和坩坩温温板布，回：子板有口电高埚埚材材状如供路。状统高热铝；；料料或何电热或一速元质。。其均功电其分喷件它不率势它度出的形产较要形表，最状生稳小状并喷高。热定，。已出使电，因列后用动温此入等温势 度 必 国离度。控须际子。制加和体性上国又能环家极较境标快好温准复。度文合与件成冰中分点的子之热状间电态温偶而差。放所出
镍铬硅-镍 硅
N
正 不亲磁 负 稍亲磁
2.774
-
130
200~1200
0
Ⅰ Ⅱ
-40~1100 -40~1300
±1.5℃或±0.4%t ±2.5℃或±0.75%t
镍铬-康铜
E
正 负
暗绿 亮黄
4.319
Ⅱ
-200~760
850
Ⅲ
-40~900 -200~40
±2.5℃或±0.75%t ±2.5℃或±1.5%t
3.2 电热元件
3.2.2 电热体
电热体分为金属和非金属两类，以下分 别介绍。
(1)金属电热体 金属电热体通常制成丝状，缠绕在炉管 上作为加热元件，常用的电热丝有： ①铬镍合金丝－可在1000℃以下的空气 环境条件下长期使用。 ②铁铬铝合金丝－使用温度在1200℃以 下，可以在氧化气氛下（空气）使用 。 ③铂丝和铂铑丝－铂丝使用温度在 1400℃以下，铂铑则可用到1600℃。 能在 氧化气氛（空气）中使用。 ④钼丝－Mo的熔点高，长期使用温度可 达1700℃，但Mo在高温氧化气氛中可生成氧 化钼升华，因而仅能在高纯氢、氨分解气或 真中使用。
悬浮熔炼可以避免坩埚材料 产生的污染，主要用于实验室的 小型纯金属熔炼研究，也可用于 冶金反应平衡研究。
3.1 高温实验炉
3.1.5 冷坩埚熔炼炉 冷坩埚熔炼是一种采用
水冷分瓣铜坩埚对物料进行 真空感应熔炼的方法。典型 的冷坩埚熔炼炉结构如图所 示。
铜坩埚分瓣的目的是为 了避免导电的坩埚对电磁场 产生屏蔽作用；
中间温度定律为补偿导线的使用提供了理论依据。
3.3 温度的测量
3.3.3 常用标准热电偶
标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、 性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列 入国际和国家标准文件中的热电偶。标准化热 电偶可以互相交换，精度有一定的保证。
国际电工委员会（IEC）共推荐了8种标准化热 电偶
E A ( T B ,T 0 ) E A ( T C ,T 0 ) E C ( T B ,T 0 )
A
A
C
T
T =T
T —T
T
B0
C0
B0
4)中间温度定律
热电偶在两接点温度t、t0时的热电动势等于该热电偶在接 点温度为t、tn和tn、t0时的相应热电动势的代数和。中间温度定
律可以用下式表示： E A ( T B ,T 0 ) E A B ( T ,T n ) E A ( T B n ,T 0 )
1)均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论导体的横截面积、
长度以及温度分布如何均不产生热电动势。 2)中间导体定律
在热电偶回路中接入第三种材料的导体，只要其两端的温 度相等，该导体的接入就不会影响热电偶回路的总热电动势。
T
T0
V
3.3 温度的测量 3)参考电极定律
两种导体A,B分别与参考电极C组成热电偶，如果他们所产生 的热电动势为已知，A和B两极配对后的热电动势可用下式求得：
水冷的目的是为了使坩 埚壁温度保持在冷态，避免 熔池中熔料与坩埚发生物理 和化学反应。
3.1 高温实验炉
电阻炉
电阻炉设备简单、易于制作、温度和气氛容易控制，在实验室使用最多。 电阻炉是将电能转换成热能的装置。当电流I通过具有电阻R的导体时，经过 t时间便可产生热量Q。 当电热体产生的热量与炉体散热达到平衡时，炉内即可达到恒温。
正
较硬
R
负
柔软
正
较硬
B
负
稍软
0.647
0~1300
160 0
Ⅱ
＜600 ＞1100
0.033
0~1600
180 0
Ⅲ
600~900℃ ±0.5%t
镍铬-镍硅
K
正 不亲磁 负 稍亲磁
4.096
0~1200
130 0
Ⅱ Ⅲ
-40~1300 -200~40
±2.5℃或±0.75%t ±2.5℃或±1.5%t
3.3 温度的测量
在冶金高温实验中，准确的温度测量和控制是必不可少的。 测量温度的方法分二类
接触式测温（如热电偶）-温度传感元件要紧靠被测物体或直接 置于温度场中（热电偶温度计：热电偶+测量仪表+连接导线）；
非接触式测温（如光学高温计）-利用被测物体的热辐射或辐射 光谱分布随温度的变化来测量物体温度的。
A＋
T
自由 电子
B
eAB（ T ）
3.3 温度的测量
塞贝克热电效应：将两种不同材料的导体A和B串接成一个 闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热 电势，形成电流，此现象称为热电效应。
3.3 温度的测量 由导体A、B可组成一对热电偶。接点1焊接在一起，工
作时将它置于被测温的场所，故称为工作端（热端）。接点2 要求恒定在一定温度下，称为自由端（冷端）。
3.2 电热元件
(2) 非金属电热体 非金属电热体通常做成棒状或管状，作为
较高温度的加热元件，常用的非金属电热体有 如下三种： ①硅碳电热体－SiC电热元件在氧化气氛下能 在1400℃以下长期工作，右图是不同形状的 SiC电热元件，棒状SiC常用于箱式电阻炉（也 称为马弗炉），管状SiC用于管式电阻炉。 ②硅钼电热体
MoSi2电热元件一般做成I或U型，如图所示。 这种电热体可在氧化气氛中1700℃以下使用。 ③石墨电热体
石墨通常加工成管状，用于碳管炉（也称
为汤曼炉）电热元件，也可做成板状或其它形 状。石墨电热体在真空或惰性气氛中使用温度 可达2200℃，一般在1800℃以下使用。石墨耐 急冷急热，配用低电压大电流电源，能快速升 温。但石墨在高温下容易氧化，需在保护气氛 （Ar、N2）中使用。
3.1 高温实验炉
电阻炉结构
根据用途不同，实验室用的电阻炉，有 竖式或卧式管状炉、箱式炉等，其基本结构 大致相同。如图竖式电阻炉的结构，主要由 以下6部分组成：
(1)电热体 (2)电源引线 (3)炉管 (4)炉壳 (5)炉衬 (6)支架
3.2 电热元件（电阻炉的核心）
3.2.1 电热元件： 电阻炉的关键组成部分，其作用是把电能转化为热能，使被加热的
3.1 高温实验炉
根据电流频率，感应炉可分为以下三种： （1）工频感应炉
工频感应炉是以工业频率的电流（50或60赫兹） 作为电源的感应电炉。国内工频感应炉的容量为 0.5～20吨。它是一种用途比较广泛的冶炼设备。 （2）中频感应炉
所用电源在150 ～ 10000赫兹范围内的感应
炉称为中频感应炉。中频炉的容量可以从几公斤 到几吨。中频炉的电源设备有中频发电机和可控 硅变频器。中频炉的应用非常广泛，大部分冶金 实验室都配备有5－150公斤的中频炉。
3.3 温度的测量 3.3.1 热电偶测温原理 热电偶的工作原理演示（塞贝克实验）
热电极A
左端称为：
测量端
A
（工作端、
热端）
热电势
热电极B
右端称为： 自由端 （参考端、 冷端）
B
结论： 当两个结点温度不相同时，回路中将产生电动势。
3.3 温度的测量
结点产生热电势的微观解释及图形符号
两种不同的金属互相接触时，由于不同金属内自由电 子的密度不同，在两金属A和B的接触点处会发生自由电子 的扩散现象。自由电子将从密度大的金属A扩散到密度小的 金属B，使A失去电子带正电，B得到电子带负电，从而产 生热电势。
3.1 高温实验炉 3.2 电热原件 3.3 温度的测量 3.4 高温实验用耐火材料
3.1 高温实验炉
3.1.1 感应炉
无芯感应炉是利用电磁感应在被加热 的金属内部形成感应电流来加热和熔化金属 的，感应炉的基本电路如图所示 。
感应线圈是用铜管绕成的螺旋形线圈， 铜管通水进行冷却。交变电流通过感应线圈 时使坩埚中的金属料因电磁感应而产生电流。 感应电流通过坩埚内的金属料时，产生热量， 可将金属熔化。