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        熱電偶原理
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        熱電偶的種類和工作原理

        熱電偶的工作原理:
           當有兩種不同的導體和半導體A和B組成一個回路,其兩端相互連接時,只要兩結點處的溫度不同,一端溫度為T,稱為工作端或熱端,另一端溫度為TO,稱為自由端(也稱參考端)或冷端,則回 路中就有電流產生,即回路中存在的電動勢稱為熱電動勢。這種由于溫度不同而產生電動勢的現象稱為塞貝克效應。與塞貝克有關的效應有兩個:其一,當有電流流過兩個不同導體的連接處時此處便吸收或放出熱量(取決于電流的方向),稱為珀爾帖效應;其二,當有電流流過存在溫度梯度的導體時,導體吸收或放出熱量(取決于電流相對于溫度梯度的方向),稱為湯姆遜效應。兩種不同導體或半導體的組合稱為熱電偶。熱電偶的熱電勢EAB(T,T0)是由接觸電勢和溫差電勢合成的。接觸電勢是指兩種不同的導體或半導體在接觸處產生的電勢,此電勢與兩種導體或半導體的性質及在接觸點的溫度有關。溫差電勢是指同一導體或半導體在溫度不同的兩端產生的電勢,此電勢只與導體或半導體的性質和兩端的溫度有關,而與導體的長度、截面大小、沿其長度方向的溫度分布無關。無論接觸電勢或溫差電勢都是由于集中于接觸處端點的電子數不同而產生的電勢,熱電偶測量的熱電勢是二者的合成。當回路斷開時,在斷開處a,b之間便有一電動勢差△V,其極性和大小與回路中的熱電勢一致。并規定在冷端,當電流由A流向B時,稱A為正極,B為負極。實驗表明,當△V很小時,△V與△T成正比關系。定義△V對△T的微分熱電勢為熱電勢率,又稱塞貝克系數。塞貝克系數的符號和大小取決于組成熱電偶的兩種導體的熱電特性和結點的溫度差。熱電偶的種類  
            常用熱電偶可分為標準熱電偶和非標準熱電偶兩大類。所謂標準熱電偶是指國家標準規定了其熱電勢與溫度的關系、允許誤差、并有統一的標準分度表的熱電偶,它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標準化熱電偶在使用范圍或數量級上均不及標準化熱電偶,一般也沒有統一的分度表,主要用于某些特殊場合的測量。標準化熱電偶中國從1988年1月1日起,熱電偶和熱電阻全部按IEC國際標準生產,并指定S、B、E、K、R、J、T七種標準化熱電偶為中國統一設計型熱電偶。
        1、K型熱電偶鎳鉻(鎳硅(鎳鋁)熱電偶)
          K型熱電偶是抗氧化性較強的廉金屬熱電偶,可測量0~1300℃的介質溫度,適宜在氧化性及惰性氣體中連續使用,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系近似線性,是目前用量最大的熱電偶。然而,它不適宜在真空、含硫、含碳氣氛及氧化還原交替的氣氛下裸絲使用;當氧分壓較低時,鎳鉻極中的鉻將擇優氧化,使熱電勢發生很大變化,但金屬氣體對其影響較小,因此,多采用金屬制保護管。
          K型熱電偶缺點:
          (1)熱電勢的高溫穩定性較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;
          (2)在250~500℃范圍內短期熱循環穩定性不好,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2~3℃;
          (3)其負極在150~200℃范圍內要發生磁性轉變,致使在室溫至230℃范圍內分度值往往偏離分度表,尤其是在磁場中使用時往往出現與時間無關的熱電勢干擾;
          (4)長期處于高通量中系統輻照環境下,由于負極中的錳(Mn)、鈷(Co)等元素發生蛻變,使其穩定性欠佳,致使熱電勢發生較大變化。
          該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金,負極為純鉑。
          其特點是:
          (1)熱電性能穩定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續使用、長期使用溫度可達1300℃,超達1400℃時,即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶,使晶粒粗大而斷裂;
          (2)精度高,在所有熱電偶中準確度等級最高,通常用作標準或測量較高溫度;
          (3)使用范圍較廣,均勻性及互換性好;
          (4)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。
        3、E型熱電偶(鎳鉻-銅鎳[康銅]熱電偶)
          E型熱電偶為一種較新產品,正極為鎳鉻合金,負極為銅鎳合金(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;它的應用范圍雖不及K型偶廣泛,但在要求靈敏度高、熱導率低、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。
        4、N型熱電偶(鎳鉻硅-鎳硅熱電偶)
          該熱電偶的主要特點:在1300℃以下調溫抗氧化能力強,長期穩定性及短期熱循環復現性好,耐核輻射及耐低溫性能好,另外,在400~1300℃范圍內,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(-200~400℃)的非線性誤差較大,同時,材料較硬難于加工。
        5、J型熱電偶(鐵-康銅熱電偶)
          J 型熱電偶:該熱電偶的正極為純鐵,負極為康銅(銅鎳合金),具特點是價格便宜,適用于真空氧化的還原或惰性氣氛中,溫度范圍從-200~800℃,但常用溫度只在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。
        6、T型熱電偶(銅-銅鎳熱電偶)
          T型熱電電偶:該熱電偶的正極為純銅,負極為銅鎳合金(也稱康銅),其主要特點是:
          在廉金屬熱電偶中,它的準確度最高、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,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,是常用幾種定型產品中最便宜的一種。
        7、R型熱電偶(鉑銠13-鉑熱電偶)
        該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金,負極為純鉑,同S 型相比,它的電勢率大15%左右。
        (1)熱電性能穩定、抗氧化性強、宜在氧化性氣氛中連續使用、長期使用溫度可達1300℃,超達1400℃時,即使在空氣中、純鉑絲也將會再結晶,使晶粒粗大而斷裂;
          (2)精度高,在所有熱電偶中準確度等級最高,通常用作標準或測量較高溫度;
          (3)使用范圍較廣,均勻性及互換性好;
          (4)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。
         
         
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