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WRN-230熱電偶的工作原理

閱讀:781        發(fā)布時間:2018-1-3

WRN-230熱電偶通常和顯示儀表等配套使用,直接測量各種生產(chǎn)過程中-40~1800℃范圍內(nèi)的液體、蒸氣和氣體介質(zhì)以及固體的表面溫度。作為工業(yè)測溫中廣泛使用的溫度傳感器之一——熱電偶,與鉑熱電阻一起,約占整個溫度傳感器總量的60%:182-5232-28-28

WRN-230熱電偶溫度測量范圍和允許誤差

熱電偶類別

代號

分度號

測量范圍℃

允許偏差△t ℃

鉑銠30-鉑銠6

WRR

B

0~800

±1.5℃或±0.25%│t│

鉑銠10-鉑

WRP

S

0~1600

±1.5℃或±0.25%│t│

鎳鉻-鎳硅

WRN

K

0~1300

±2.5℃或±0.75%│t│

鎳鉻-銅鎳

WRE

E

0~800

±2.5℃或±0.75%│t│

注“t"為感溫元件實測溫度熱響應(yīng)時間

熱電偶工作原理:

將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體(稱為熱電偶絲材或熱電極)兩端焊接起來,構(gòu)成一個閉合回路,當(dāng)兩導(dǎo)體之間存在溫差時,便產(chǎn)生電動勢,在回路中會形成一個大小的電流,這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng),而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶是利用這種原理進(jìn)行溫度測量的,其中, 直接用作測量介質(zhì)溫度的一端叫做工作端(也稱為測量端),另一端叫做冷端(也稱為補(bǔ)償端);冷端與顯示儀表或配套儀表連接,顯示儀表會指出熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢。

WRN-230熱電偶實際上是一種能量轉(zhuǎn)換器,它將熱能轉(zhuǎn)換為電能,用所產(chǎn)生的熱電勢測量溫度,對于熱電偶的熱電勢,應(yīng)注意如下幾個問題:

(1)熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差,而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù);

(2)熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢的大小,當(dāng)熱電偶的材料是均勻時,與熱電偶的長度和直徑無關(guān),只與熱電偶材料的成份和兩端的溫差有關(guān);

(3)當(dāng)熱電偶的兩個熱電偶絲材料成份確定后,熱電偶熱電勢的大小,只與熱電偶的溫度差有關(guān);若熱電偶冷端的溫度保持一定,這進(jìn)熱電偶的熱電勢僅是工作端溫度的單值函數(shù)。

熱電偶的基本構(gòu)造:

工業(yè)測溫用的熱電偶,其基本構(gòu)造包括熱電偶絲材、絕緣管、保護(hù)管和接線盒等。

一、常用熱電偶絲材及其性能

1、鉑銠10-鉑熱電偶(分度號為S,也稱為單鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極成份為含銠10%的鉑銠合金,負(fù)極為純鉑;它的特點是:

(1)熱電性能穩(wěn)定、抗氧化性強(qiáng)、宜在氧化性氣氛中連續(xù)使用、長期使用溫度可達(dá)1300℃,超達(dá)1400℃時,即使在空氣中、純鉑絲也將會再結(jié)晶,使晶粒粗大而斷裂;

(2)精度高,它是在所有熱電偶中,準(zhǔn)確度等級高的,通常用作標(biāo)準(zhǔn)或測量較高的溫度;

(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(jī)械強(qiáng)度低,不適宜在還原性氣氛或有金屬蒸汽的條件下使用。

2、鉑銠13-鉑熱電偶(分度號為R,也稱為單鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極為含13%的鉑銠合金,負(fù)極為純鉑,同S型相比,它的電勢率大15%左右,其它性能幾乎相同,該種熱電偶在日本產(chǎn)業(yè)界,作為高溫?zé)犭娕加玫枚?,而在中國,則用得較少;

3、鉑銠30-鉑銠6熱電偶(分度號為B,也稱為雙鉑銠熱電偶)

該熱電偶的正極是含銠30%的鉑銠合金,負(fù)極為含銠6%的鉑銠合金,在室溫下,其熱電勢很小,故在測量時一般不用補(bǔ)償導(dǎo)線,可忽略冷端溫度變化的影響;長期使用溫度為1600℃,短期為1800℃,因熱電勢較小,故需配用靈敏度較高的顯示儀表。

B型熱電偶適宜在氧化性或中性氣氛中使用,也可以在真空 氣氛中的短期使用;即使在還原氣氛下,其壽命也是R或S型的10~20倍;由于其電極均由鉑銠合金制成,故不存在鉑銠-鉑熱電偶負(fù)極上所有的缺點、在高溫 時很少有大結(jié)晶化的趨勢,且具有較大的機(jī)械強(qiáng)度;同時由于它對于雜質(zhì)的吸收或銠的遷移的影響較少,因此經(jīng)過長期使用后其熱電勢變化并不嚴(yán)重、缺點價格昂貴 (相對于單鉑銠而言)。

4、鎳鉻-鎳硅(鎳鋁)熱電偶(分度號為K)

該熱電偶的正極為含鉻10%的鎳鉻合金,負(fù)極為含硅3%的鎳硅合金(有些國家的產(chǎn)品負(fù)極為純鎳)??蓽y量0~1300℃的介質(zhì)溫度,適宜在氧化性及惰性氣體中連續(xù)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(guān)系近似線性,價格便宜,是目前用量大的熱電偶。

K型熱電偶是抗氧化性較強(qiáng)的金屬熱電偶,不適宜在真空、含硫、含碳?xì)夥占把趸€原交替的氣氛下裸絲使用;當(dāng)氧分壓較低時,鎳鉻極中的鉻將擇優(yōu)氧化,使熱電勢發(fā)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(hù)管。

K型熱電偶的缺點:

(1)熱電勢的高溫穩(wěn)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(nèi)短期熱循環(huán)穩(wěn)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(dá)2~3℃;

(3)其負(fù)極在150~200℃范圍內(nèi)要發(fā)生磁性轉(zhuǎn)變,致使在室溫至230℃范圍內(nèi)分度值往往偏離分度表,尤其是在磁場中使用時往往出現(xiàn)與時間無關(guān)的熱電勢干擾;

(4)長期處于高通量中系統(tǒng)輻照環(huán)境下,由于負(fù)極中的錳(Mn)、鈷(Co)等元素發(fā)生蛻變,使其穩(wěn)定性欠佳,致使熱電勢發(fā)生較大變化。

5、鎳鉻硅-鎳硅熱電偶(分度號為N)

該熱電偶的主要特點是:在1300℃以下調(diào)溫抗氧化能力強(qiáng),長期穩(wěn)定性及短期熱循環(huán)復(fù)現(xiàn)性好,耐核輻射及耐低溫性能好,另外,在400~1300℃范圍內(nèi),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(nèi)(-200~400℃)的非線性誤差較大,同時,材料較硬難于加工。

6、銅-銅鎳熱電偶(分度號為T)

T型熱電電偶,該熱電偶的正極為純銅,負(fù)極為銅鎳合金(也稱康銅),其主要特點是:在金屬熱電偶中,它的準(zhǔn)確度高、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(nèi),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(chǎn)品中便宜的一種。

7、鐵-康銅熱電偶(分度號為J)

J型熱電偶,該熱電偶的正極為純鐵,負(fù)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℃,但常用溫度只是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。

8、鎳鉻-銅鎳(康銅)熱電偶(分度號為E)

E型熱電偶是一種較新的產(chǎn)品,它的正極是鎳鉻合金,負(fù)極 是銅鎳合金(康銅),其大特點是在常用的熱電偶中,其熱電勢大,即靈敏度高;它的應(yīng)用范圍雖不及K型偶廣泛,但在要求靈敏度高、熱導(dǎo)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。

除了以上8種常用的熱電偶外,作為非標(biāo)準(zhǔn)化的熱電偶還有鎢錸熱電偶,鉑銠系熱電偶,銥鍺系熱電偶,鉑鉬系熱電偶和非金屬材料熱電偶等。

WRN-230熱電偶的上限溫度絕緣電阻應(yīng)不小于下表現(xiàn)定:

上限溫度tm℃

試驗溫度t℃

電阻值MΩ

100≤tm<300

t=tm

10

300≤tm<500

t=tm

2

500≤tm<850

t=tm

0.5

850≤tm<1000

t=tm

0.08

1000≤tm<1300

t=tm

0.02

tm>1300

t=1300

0.02

二、絕緣管

該熱電偶的工作端被牢固地焊接在一起,熱電極之間需要用絕緣管保護(hù)。熱電偶的絕緣材料很多,大體上可分為有機(jī)和無機(jī)絕緣兩類,處于高溫端的絕緣物必須采用無機(jī)物,通常在1000以下選用粘土質(zhì)絕緣管,在1300以下選用高鋁管,在1600以下選用剛玉管。

三、保護(hù)管

保護(hù)管的作用在于使用熱電偶電極不直接與被測介質(zhì)接觸,它不僅可延長熱電偶的壽命,還可起到支撐和固定熱電極增加其強(qiáng)度的作用;因此,熱電偶保護(hù)管及絕緣選擇是否合適,將直接影響到熱電偶的使用壽命和測量的準(zhǔn)確度,被采用做保護(hù)管的材料主要分金屬和非金屬兩大類。

WRN-230熱電偶

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