制作热电偶传感器材料的选择

制作热电偶传感器材料的选择

袁境男刘镇北京林业大学电子信息科学与技术

摘要

热电偶是热电式传感器,元件的性质和参数随温度变化,对温度和温度有关量进行测量的装置.其中将温度转化为电阻和电势是目前最常用到的.而热电偶则是将温度转化为电动势的元件.本论文将着重介热电偶的材料组成.(1)

1.热电效应

2.热电偶的测温的基本原理

3.热电偶制作的材料和比例

4.不同材料的热电偶的性质

5.热电偶材料的选择

了解了不同热电偶不同型号和不同材料不同比例性质会有很大的不同,所以选择哪种材料要视具体的用途而定.

关键字

热电偶金属材料比例

Abstract

Thermocouple is a thermoelectric sensor, the use of components of the nature and parameters with temperature changes of temperature and temperature related to the amount of measurement devices. In which the temperature into resistance and the electric potential is currently the most commonly used. The thermocouples were is the temperature of the components into EMF. This paper will introduce the

1. Thermoelectric effect

2. Thermocouple temperature measurement principle

3. Thermocouple type and production of materials

4. The nature of the different materials of the thermocouple

5. Thermocouple Material Selection

Understanding of the different thermocouple types and different materials of different properties in different proportions will be very different, so choose what kind of material depends on the specific uses.

Keyword

Thermocouple proportion of metallic materials

引言

常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用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。标准化热电偶我国从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我国统一设计型热电偶。(2)

热电偶测温原理

图中A和B是不同类型的材料,A和B的选择和比例决定了热电偶的性质.显示仪表为电流表.

两种不同成份的导体或者半导体A B（称为热电偶丝材或热电极）两端接合成回路，当接合点的温度不同时，在回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的，其中，直接用作测量介质温度的一端叫做工作端（也称为测量端），另一端叫做冷端（也称为补偿端）；冷端与显示仪表或配套仪表连接，显示仪表会指出热电偶所产生的热电势。(3)

热电偶实际上是一种能量转换器，它将热能转换为电能，用所产生的热电势测量温度，对于热电偶的热电势，应注意如下几个问题：

1：热电偶的热电势是热电偶工作端的两端温[2]度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端，两端温度差的函数；

2 ：热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；(4)

3：当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与

热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，如图所示。当导体A和B的两个执着点之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流,这种现象称为热电效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。

热电偶的材料

热电偶的电极主要是由贵金属按不同比例制作而成的.

1.贵金属

贵金属主要指金银和铂族金属（钌、铑、钯、锇、铱、铂）等8种金属元素。这些金属大多数拥有美丽的色泽，对化学药品的抵抗力相当大，在

一般条件下不易引起化学反应。它们被用来制作珠宝和纪念品，而且还有

广泛的工业用途。铂和它的同系金属——钌、铑、钯、锇、铱和金一样，几乎完全成单质状态存在于自然界中。它们在地壳中的含量也和金相近，且它们的化学惰性和金比较也不相上下，但是人们发现并使用它们却远在金后。它们在自然界中的极度分散和它们的高熔点，可能是造成这种状况的原因。至今发现的最大的天然铂块是9.6千克。铂的熔点1772℃，钌的熔点2310℃，铑的熔点1966℃，钯的熔点1552℃，锇的熔点2054℃，铱的熔点2410℃，而金的熔点是1063℃。(5)

2.铑（音老），RHODIUM，源自希腊文rhodon，意为“玫瑰”，因为铑盐的溶液呈现玫瑰的淡红色彩，1803年发现。除了制造合金外，铑可用作其他

金属的光亮而坚硬的镀膜，例如，镀在银器或照相机零件上。将铑蒸发至玻璃表面上，形成一层薄腊，便造成一种特别优良的反射镜面。元素名称：铑体积弹性模量：GPa 380原子化焓：kJ /mol @25℃ 556.5热容：J /（mol² K）24.98 导电性：10^6/(cm ²Ω) 0.211 导热系数：W/（m²K）150熔化热:(千焦/摩尔) 21.50汽化热:(千焦/摩尔) 493.0原子体积:(立方厘米/摩尔) 8.3元素在宇宙中的含量:(ppm) 0.0006元素符号：Rh元素英文名称：元素类型：金属元素元素在太阳中的含量:(ppm) 0.002 地壳中含量：（ppm） 0.0002 相对原子质量：102.9原子序数：45质子数：45中子数：同位素:摩尔质量：103原子半径：所属周期：5所属族数：VIII电子层排布： 2-8-18-16-1氧化态：Main Rh+3 other Rh-1, Rh0, Rh+1, Rh+2, Rh+4, Rh+5, Rh+6 晶体结构：晶胞为面心立方晶胞，每个晶胞含有4个金属原子。(7)

3.

铂符号：Pt 元素原子量：195.1 元素类型：贵金属原子体积:(立方厘米/摩尔)

9.10 元素在太阳中的含量:(ppm) 0.009 地壳中含量：（ppm） 0.001 元素在海水中的含量:(ppm) 太平洋表面 0.00000011莫氏硬度：4--4.5声音在

其中的传播速率：（m/S） 2800氧化态：Main Pt+4 Other Pt0, Pt+2, Pt +5, Pt+6 电离能 (kJ /mol) M - M+ 870 M+ - M2+ 1791 M2+ - M3+ 280

0 M3+ - M4+ 3900 M4+ - M5+ 5300 M5+ - M6+ 7200 M6+ - M7+ 8900 M7

+ - M8+ 10500 M8+ - M9+ 12300 M9+ - M10+ 14100 晶体结构：等轴晶系，