热电偶

5.1 热电偶的国际标准国际上规定热电偶分为八个不同的分度，分别为B，R，S，K，N，E，和T，其测量温度的最低可测零下270摄氏度，最高可达1800摄氏度。其中B，R，S属于铂系列的热电偶，由于铂属于贵重金属，所以他们又被称为贵金属热电偶，而剩下的几个则称为廉价金属热电偶。写法：BP/BN

S:铂铑10-铂R:铂铑13-铂

B:铂铑30-铂铑6

S型和R型铑扩散：铑从正极铂铑中扩散到铂级，或微量铑作为氧化物从正极铂铑中挥发出去。

铑的好处：铂铑合金对铂的热电动势随着合金中铑的含量增加而迅速增加，但到一定程度后铑含量大于40％后），合金的热电动势却不会再变化。

铑的缺点：随着铑含量的增加，铂铑合金的加工性变坏（需要热加工或频繁进行中间退火处理才能拉成丝），目前含铑量以30％为限

贵金属热电偶优点：高温下使用；物理性能稳定；测量精度高；便于复制；熔点高。缺点：材料成本高；灵敏度低（热电势低！）。

（1）S型：铂铑10-铂系列

优点：性质稳定，精度高，抗氧化能力强，在空气或真空环境中，S型热电偶能在1400℃下连续使用；在1750℃下可以使用它进行短时间的测量。长期工作温度1300 ℃。

缺点：1在还原性气氛中易受损坏（H2 CO 2在侵蚀性气氛下也易受损坏（CO2）3 不易在有金属蒸气及其氧化物中热电特性非线性严重高温下易升华与再结晶。

（3）B型：铂铑30-铂铑6系列

测量高温的比较理想的热电偶，可连续用于0－

1800℃温区，能在氧化性或惰性气氛中使用。短时间可用于真空中，但不适宜用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气的气氛中。

优点：（1）不会出现铑扩散；（2）不易发生大

结晶化的现象；（3）机械性能好，长期使用后热电动势下降的趋势也不明显。缺点：热电动势和灵敏度不如S型和R型热电偶（尤其在低温范围），价格贵。特点：在0－50℃范围内热电动势很小（50℃时为3微伏）,冷端不为0度时可不补偿。

（4）K型：镍铬（9：1）-镍硅（97：3）

1906年工业使用最广泛的一种，优点：

1）具有较好的抗氧化性能，广泛应用于500－1300℃的测温范围；

2）0－1100℃之间的热电动势与温度的关系几乎是线性的，使得显示仪表的刻度均匀；3）热电动势大，灵敏度比较高；P272

4）热导率低；5）便宜，工业中广泛使用（1000 ℃以上取代S型）。

（4）K型：缺点

1）对应力敏感；2）不适用于还原性气氛或者交替氧化和还原的气氛中；

3）不适用于硫气氛中以及真空中；含硫气氛对电极有腐蚀作用真空气氛会使正极（镍铬）中的铬优先蒸发，使得分度特性变化4）精度较铂铑－铂热电偶低。

Ni-Cr合金：K状态、择优氧化

K状态是Ni－Cr合金特有的晶格变化，当Cr含量在5 －30%范围内、温度为300－500℃时存在原子晶格有序向无序转变，引起热电动势不稳定！择优氧化：Ni—Cr合金在800℃左右氧分压较低时同O2亲和力大的Cr，将发生选择性氧化，Cr含量降低会引起热电势偏低。（5）N型：镍铬硅-镍硅镁1971年

分度表与K型热电偶相近，但抗氧化性和稳定性大幅提高。名义成分是：正极为14.2%Cr，1.4%Si，

余量是Ni；负极为4.4%Si，0.1Mg，余量为Ni。克服K型热电偶两个缺点：K状态、择优氧化增加了稀土金属La、Ce、Y、Ca，使合金丝的高温抗氧化性和热稳定性有明显地提高。

N型热电偶的长期稳定性远优于K型热电偶，成为可用于－50－1300℃的优秀的廉价金属热电偶。

（6）E型：镍铬（9：1）-铜镍（康铜）

适用于－200－900℃温区的氧化性或惰性气氛中的温度测量。低温炉广泛使用

热电动势最大、灵敏度最高，制成热电堆，测量微小的温度变化。可用于核反应堆！福岛核电站适宜湿度较高度环境，适宜核辐射环境（热电特性稳定），不适宜于还原性气氛或含碳与含硫气氛中，变脆！

（7）J型：铁-铜镍系列:Fe-NiCu55

纯铁-康铜，但康铜成分与E型热电偶中负极材料不同。 JP、NP

既可在氧化性气氛中使用（750℃），又可在还原性气氛中使用（950℃），不能在高

温含硫的气氛中使用。超过500 ℃，铁氧化速率加快！

（8）T型：铜-铜镍系列

正极为纯铜、负极与E型热电偶通用。

使用温度低，－200℃－350℃

在使用温度范围内，准确度最高，稳定性和均匀性好！可制作标准热电偶

铜在500 ℃会很快氧化，不超过400 ℃。

2）铠装热电偶

铠装型热电偶即套管式热电偶，它是将热电偶丝，绝缘材料和金属保护套管三者组合加

工拉伸而成的坚实的组合体，再经过焊接、密封和装配等工艺制成的热电偶。

绝缘管---MgO保护管---变薄

20世纪60年代发展起来，保护套管直径为1－8mm，厚度为0.1－0.6mm。

按统一设计标准直径分为8种：1.0, 1.5, 2.0,3.0,4.0,5.0,6.0和8.0mm。

极细型铠装热电偶:

测量原子反应堆的内部温度分布、火箭发动机燃烧温度分布、发动机的表面温度和内部温度、高压环境中的温度测定、植物的温度分布、制成注射针状可测人体温度。

优点：1）小型、重量轻2）响应速度快

3）可挠性4）长尺寸和多对式

5）耐热性高6）耐压防爆

1）偶丝不能进行随意性加工；

2）MgO容易吸潮而电阻下降，造成电分流误差；3）偶丝极细，机械性能弱；

4）价格较贵

3）表面温度热电偶

表面温度不易测量：1）表面与周围的热交换面积大，测量值并不代表真实温度；2）热电偶与表面的换能面积小。

4）薄膜热电偶：快速响应

（1）采用真空蒸镀的方法，热电极材料蒸镀在绝缘基板上而制成。（2）具有响应速度快（时间常数为μs-ms），热容量小，便于敷贴，可以用来测定动态温度和变化过程的温度。

5）微型快速热电偶

又称消耗式热电偶，专用于测定熔融钢水、铁水和其它熔融金属温度的快速热电偶。

偶丝装在石英管内，石英管外装档渣铁帽。偶丝长度仅为25－40mm,直径为0.05－0.1mm。 4s内达到钢液温度，1s后被烧毁！

6）测气体温度热电偶