工業(yè)常用熱電偶的測(cè)溫范圍(S、R、B、K、T、J、N、E型)
熱電偶通常由感溫元件、安裝固定裝置和接線盒等主要部件組成。熱電偶(thermocouple)是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件,它直接測(cè)量溫度,并把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào),通過(guò)電氣儀表(二次儀表)轉(zhuǎn)換成被測(cè)介質(zhì)的溫度。各種熱電偶的外形常因需要而極不相同,但是它們的基本結(jié)構(gòu)卻大致相同,通常由熱電極、絕緣套保護(hù)管和接線盒等主要部分組成,通常和顯示儀表、記錄儀表及電子調(diào)節(jié)器配套使用。
熱電偶測(cè)量范圍及允許誤差范圍
熱電偶類(lèi)別 |
代號(hào) |
分度號(hào) |
測(cè)量范圍 |
基本誤差限 |
鎳鉻-康銅 |
WRK |
E |
0-800℃ |
±0.75%t |
鎳鉻-鎳硅 |
WRN |
K |
0-1300℃ |
±0.75%t |
鉑銠 13 -鉑 |
WRB |
R |
0-1600℃ |
±0.25%t |
鉑銠 10 -鉑 |
WRP |
S |
0-1600℃ |
±0.25%t |
鉑銠 30 -鉑銠 6 |
WRR |
B |
0-1800℃ |
±0.25%t |
注:t為感溫元件實(shí)測(cè)溫度值(℃)熱電偶測(cè)溫范圍
熱電偶時(shí)間常數(shù)
熱惰性級(jí)別 |
時(shí)間常數(shù)(秒) |
熱惰性級(jí)別 |
時(shí)間常數(shù)(秒) |
Ⅰ |
90-180 |
Ⅲ |
10-30 |
Ⅱ |
30-90 |
Ⅳ |
<10 |
熱電偶分度號(hào) | 熱電極材料 | |
正極 | 負(fù)極 | |
S | 鉑銠 10 | 純鉑 |
R | 鉑銠 13 | 純鉑 |
B | 鉑銠 30 | 鉑銠 6 |
K | 鎳鉻 | 鎳硅 |
T | 純銅 | 銅鎳 |
J | 鐵 | 銅鎳 |
N | 鎳鉻硅 | 鎳硅 |
E | 鎳鉻 | 銅鎳 |
不同熱電偶的優(yōu)缺點(diǎn)
(S型熱電偶)鉑銠10-鉑熱電偶
鉑銠10-鉑熱電偶(S型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(SP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為10%,含鉑為90%,負(fù)極(SN)為純鉑,故俗稱單鉑銠熱電偶。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。
S型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高,穩(wěn)定性最好,測(cè)溫溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。它的物理,化學(xué)性能良好,熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化性和惰性氣氛中。由于S型熱電偶具有優(yōu)良的綜合性能,符合國(guó)際使用溫標(biāo)的S型熱電偶,長(zhǎng)期以來(lái)曾作為國(guó)際溫標(biāo)的內(nèi)插儀器,“ITS-90”雖規(guī)定今后不再作為國(guó)際溫標(biāo)的內(nèi)查儀器,但國(guó)際溫度咨詢委員會(huì)(CCT)認(rèn)為S型熱電偶仍可用于近似實(shí)現(xiàn)國(guó)際溫標(biāo)。
S型熱電偶不足之處是熱電勢(shì),熱電勢(shì)率較小,靈敏讀低,高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降,對(duì)污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。
熱電偶測(cè)溫范圍
(R型熱電偶)鉑銠13-鉑熱電偶
鉑銠13-鉑熱電偶(R型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(RP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為13%,含鉑為87%,負(fù)極(RN)為純鉑,長(zhǎng)期最高使用溫度為1300℃,短期最高使用溫度為1600℃。
R型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高,穩(wěn)定性最好,測(cè)溫溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其物理,化學(xué)性能良好,熱電勢(shì)穩(wěn)定性及在高溫下抗氧化性能好,適用于氧化性和惰性氣氛中。由于R型熱電偶的綜合性能與S型熱電偶相當(dāng),在我國(guó)一直難于推廣,除在進(jìn)口設(shè)備上的測(cè)溫有所應(yīng)用外,國(guó)內(nèi)測(cè)溫很少采用。1967年至1971年間,英國(guó)NPL,美國(guó)NBS和加拿大NRC三大研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了一項(xiàng)合作研究,其結(jié)果表明,R型熱電偶的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性比S型熱電偶均好,我國(guó)目前尚未開(kāi)展這方面的研究。
熱電偶測(cè)溫范圍
R型熱電偶不足之處是熱電勢(shì),熱電勢(shì)率較小,靈敏讀低,高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降,對(duì)污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。
(B型熱電偶)鉑銠30-鉑銠6熱電偶
鉑銠30-鉑銠6熱電偶(B型熱電偶)為貴金屬熱電偶。偶絲直徑規(guī)定為0.5mm,允許偏差-0.015mm,其正極(BP)的名義化學(xué)成分為鉑銠合金,其中含銠為30%,含鉑為70%,負(fù)極(BN)為鉑銠合金,含銠為量6%,故俗稱雙鉑銠熱電偶。該熱電偶長(zhǎng)期最高使用溫度為1600℃,短期最高使用溫度為1800℃。
B型熱電偶在熱電偶系列中具有準(zhǔn)確度最高,穩(wěn)定性最好,測(cè)溫溫區(qū)寬,使用壽命長(zhǎng),測(cè)溫上限高等優(yōu)點(diǎn)。適用于氧化性和惰性氣氛中,也可短期用于真空中,但不適用于還原性氣氛或含有金屬或非金屬蒸氣氣氛中。B型熱電偶一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是不需用補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)行補(bǔ)償,因?yàn)樵?~50℃范圍內(nèi)熱電勢(shì)小于3μV。
B型熱電偶不足之處是熱電勢(shì),熱電勢(shì)率較小,靈敏讀低,高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降,對(duì)污染非常敏感,貴金屬材料昂貴,因而一次性投資較大。
(K型熱電偶)鎳鉻-鎳硅熱電偶
鎳鉻-鎳硅熱電偶(K型熱電偶)是目前用量最大的廉金屬熱電偶,其用量為其他熱電偶的總和。正極(KP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr=90:10,負(fù)極(KN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si=97:3,其使用溫度為-200~1300℃。
K型熱電偶具有線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強(qiáng),價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),能用于氧化性惰性氣氛中。廣泛為用戶所采用。
K型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛中。
(N型熱電偶)鎳鉻硅-鎳硅熱電偶
鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(N型熱電偶)為廉金屬熱電偶,是一種最新國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶,是在70年代初由澳大利亞國(guó)防部實(shí)驗(yàn)室研制成功的它克服了K型熱電偶的兩個(gè)重要缺點(diǎn):K型熱電偶在300~500℃間由于鎳鉻合金的晶格短程有序而引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定;在800℃左右由于鎳鉻合金發(fā)生擇優(yōu)氧化引起的熱電動(dòng)勢(shì)不穩(wěn)定。正極(NP)的名義化學(xué)成分為:Ni:Cr:Si=84.4:14.2:1.4,負(fù)極(NN)的名義化學(xué)成分為:Ni:Si:Mg=95.5:4.4:0.1,其使用溫度為-200~1300℃。
N型熱電偶具有線性度好,熱電動(dòng)勢(shì)較大,靈敏度較高,穩(wěn)定性和均勻性較好,抗氧化性能強(qiáng),價(jià)格便宜,不受短程有序化影響等優(yōu)點(diǎn),其綜合性能優(yōu)于K型熱電偶,是一種很有發(fā)展前途的熱電偶.
N型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性或還原,氧化交替的氣氛中和真空中,也不推薦用于弱氧化氣氛中。
(E型熱電偶)鎳鉻-銅鎳熱電偶
鎳鉻-銅鎳熱電偶(E型熱電偶)又稱鎳鉻-康銅熱電偶,也是一種廉金屬的熱電偶,正極(EP)為:鎳鉻10合金,化學(xué)成分與KP相同,負(fù)極(EN)為銅鎳合金,名義化學(xué)成分為:55%的銅,45%的鎳以及少量的錳,鈷,鐵等元素。該熱電偶的使用溫度為-200~900℃。
E型熱電偶熱電動(dòng)勢(shì)之大,靈敏度之高屬所有熱電偶之最,宜制成熱電堆,測(cè)量微小的溫度變化。對(duì)于高濕度氣氛的腐蝕不甚靈敏,宜用于濕度較高的環(huán)境。E熱電偶還具有穩(wěn)定性好,抗氧化性能優(yōu)于銅-康銅,鐵-康銅熱電偶,價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),能用于氧化性和惰性氣氛中,廣泛為用戶采用。
E型熱電偶不能直接在高溫下用于硫,還原性氣氛中,熱電勢(shì)均勻性較差。
(J型熱電偶)鐵-銅鎳熱電偶
鐵-銅鎳熱電偶(J型熱電偶)又稱鐵-康銅熱電偶,也是一種價(jià)格低廉的廉金屬的熱電偶。它的正極(JP)的名義化學(xué)成分為純鐵,負(fù)極(JN)為銅鎳合金,常被含糊地稱之為康銅,其名義化學(xué)成分為:55%的銅和45%的鎳以及少量卻十分重要的錳,鈷,鐵等元素,盡管它叫康銅,但不同于鎳鉻-康銅和銅-康銅的康銅,故不能用EN和TN來(lái)替換。鐵-康銅熱電偶的覆蓋測(cè)量溫區(qū)為-200~1200℃,但通常使用的溫度范圍為0~750℃ 。
熱電偶型號(hào)的正確選擇方法
選擇熱電偶要根據(jù)使用溫度范圍、所需精度、使用氣氛、測(cè)定對(duì)象的性能、響應(yīng)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)效益等綜合考慮。
1、測(cè)量精度和溫度測(cè)量范圍的選擇
使用溫度在1300~1800℃,要求精度又比較高時(shí),一般選用B型熱電偶;要求精度不高,氣氛又允許可用鎢錸熱電偶,高于1800℃一般選用鎢錸熱電偶;使用溫度在1000~1300℃要求精度又比較高可用S型熱電偶和N型熱電偶;在1000℃以下一般用K型熱電偶和N型熱電偶,低于400℃一般用E型熱電偶;250℃下以及負(fù)溫測(cè)量一般用T型電偶,在低溫時(shí)T型熱電偶穩(wěn)定而且精度高。
2、使用氣氛的選擇
S型、B型、K型熱電偶適合于強(qiáng)的氧化和弱的還原氣氛中使用,J型和T型熱電偶適合于弱氧化和還原氣氛,若使用氣密性比較好的保護(hù)管,對(duì)氣氛的要求就不太嚴(yán)格。
3、耐久性及熱響應(yīng)性的選擇
線徑大的熱電偶耐久性好,但響應(yīng)較慢一些,對(duì)于熱容量大的熱電偶,響應(yīng)就慢,測(cè)量梯度大的溫度時(shí),在溫度控制的情況下,控溫就差。要求響應(yīng)時(shí)間快又要求有一定的耐久性,選擇鎧裝偶比較合適。
4、測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)和狀態(tài)對(duì)熱電偶的選擇
運(yùn)動(dòng)物體、振動(dòng)物體、高壓容器的測(cè)溫要求機(jī)械強(qiáng)度高,有化學(xué)污染的氣氛要求有保護(hù)管,有電氣干擾的情況下要求絕緣比較高。
選型流程:型號(hào)--分度號(hào)—防爆等級(jí)—精度等級(jí)—安裝固定形式—保護(hù)管材質(zhì)—長(zhǎng)度或插入深度
產(chǎn)品選型及訂貨須知:
1、在選用及訂貨時(shí),請(qǐng)注明
2、 產(chǎn)品型號(hào)
3、分度號(hào)
4、保護(hù)管材料及直徑
5、保護(hù)管總長(zhǎng)L及置入深度
6、固定裝置型式
7、產(chǎn)品實(shí)際測(cè)量范圍
8、螺紋式固定裝置型式在訂貨時(shí)不標(biāo)注均為固定外螺紋M27×2,(其余螺紋固定型式均需注明)
9、因用戶特殊需要而與上述產(chǎn)品型號(hào)不符者,需要專(zhuān)門(mén)制造的產(chǎn)品,請(qǐng)注明您的特殊技術(shù)要求,來(lái)(或函)與我公司有關(guān)責(zé)任部門(mén)聯(lián)系特殊訂貨。
10、不同溫度熱電偶的選擇技巧
熱電偶的選擇,首先應(yīng)根據(jù)被測(cè)溫度的上限和使用環(huán)境來(lái)選擇熱電偶的熱電極和保護(hù)套管,其次根據(jù)被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)和安裝特點(diǎn)來(lái)選擇熱電偶的規(guī)格尺寸.熱電偶按結(jié)構(gòu)形式不同可分為:普通產(chǎn)業(yè)型,愷裝型,高機(jī)能實(shí)體型和特種型熱電偶.常見(jiàn)的普通產(chǎn)業(yè)用熱電偶有以下幾種:
(1)鎳鉻一康銅熱電偶屬于廉金屬熱電偶,其正極為鎳鉻合金(EP),負(fù)極為銅鎳合金(EN).長(zhǎng)期使用溫度600度,短期使用溫度800度,最大的特點(diǎn)是熱電動(dòng)勢(shì)率最大,即敏捷度最高,但極易被氧化,分度號(hào)為E.
(2)銅一康銅熱電偶屬于廉金屬熱電偶,其正極為純銅(TP),負(fù)極為康銅(銅鎳)合金(TN).在低溫狀態(tài)普遍應(yīng)用的一種熱電偶,測(cè)溫范圍一200一 300 OC,熱電極絲的平均性好,不亂性高,敏捷度好,價(jià)格低廉,分度號(hào)為T(mén)o愷裝型熱電偶是將熱電極絲裝在有絕緣材料的金屬套管中,經(jīng)組合加工成可彎曲的堅(jiān)實(shí)的組合體,再依所需長(zhǎng)度截?cái)?對(duì)其丈量端和參考端進(jìn)行加工即制成愷裝型熱電偶.該種熱電偶可以做得很細(xì)很長(zhǎng),在使用中可隨丈量需要而彎曲.其測(cè)溫范圍寬, 響應(yīng)速度快,熱接點(diǎn)處的熱容量小,使用壽命長(zhǎng).同時(shí)其機(jī)械強(qiáng)度高,耐壓機(jī)能高,適應(yīng)性廣,繞性大,安裝使用利便,應(yīng)用極其廣泛.
(3)鉑鍺10一鉑熱電偶屬于貴金屬熱電偶,其正極的名義成分為含鍺10%的鉑鍺合金(SP),負(fù)極為純鉑(SN).長(zhǎng)期使用溫度1300度,短期使用溫度1600度.抗氧化機(jī)能強(qiáng).宜在氧化,惰性環(huán)境中連續(xù)使用.一般用于正確度要求較高的高溫丈量,但其價(jià)格昂貴,機(jī)械強(qiáng)度差,熱電動(dòng)勢(shì)小,需配用敏捷度高的顯示儀表,分度號(hào)為S。
(4)鎳鉻一鎳硅熱電偶屬于廉金屬熱電偶,其正極為含10%的鎳鉻合金(KP),負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金(KN),負(fù)極親磁性.長(zhǎng)期使用溫度1000 9C,短期使用溫度1200`C,熱電勢(shì)比S型熱電偶大4一5倍,線性度極好,使用溫度范圍寬,是廉金屬熱電偶中機(jī)能最不亂的一種.宜在氧化性,惰性環(huán)境中連續(xù)使用,價(jià)格便宜,誤差約在7℃左右.但其熱電極不易做得太平均,易氧化,尤其在低溫狀態(tài),其不亂性差,分度號(hào)為K。
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